Элементы тяжелее железа появились в этой вселенной лишь в результате взрывов новых или сверхновых звезд. В процессе превращения атомных ядер, сопровождающих вспышки новых или сверхновых образуются все типы атомных ядер, включая более стабильные комбинации, предсказанные теорией магических чисел, однако есть и исключения – так называемые острова инверсии.
Островом инверсии (island of inversion) называется область в таблице нуклидов, в которую входят изотоп, тип заполнения нуклонных оболочек, в ядрах которых расходится с классической моделью строения атомного ядра. Международная группа исследователей смогла впервые посмотреть на этот открытый в 1975 году остров «с близкого расстояния».
Рис. 1. Результаты нового исследования вкупе с новыми вопросами, возникшими после его проведения, могут более детально рассказать о том, как химические элементы образуются во время вспышек новых или сверхновых.
Все обнаруженные на Земле химические элементы имеют космическое происхождение. Наиболее распространенные в космосе водород и гелий образовались практически сразу после Большого Взрыва. Другие, например, кислород и углерод, появились позже в результате протекавших в звездах термоядерных реакций; элементы тяжелее железа образуются лишь при разрушении звезд.
Термоядерный котел сверхновой дает рождение огромному количеству различных тяжелых атомных ядер, которые затем распадаются с образованием более стабильных нуклидов через ряд быстрых промежуточных стадий. Взяв за аналогию распределение электронов по энергетическим уровням, физики разработали модель строения атомного ядра (модель «магических чисел»), позволяющую предсказывать, какие комбинации протонов и нейтронов приводят к образованию стабильных ядер. Для магических ядер характерно полное заполнение нуклонных уровней и форма, близкая к сферической.
Однако существуют магические ядра, строение которых не укладывается в рамки существующей теории, несмотря на относительную стабильность, их форма не является сферической. Физики-ядерщики из Технического Университета Мюнхена и их коллеги решили более детально изучить ядра, лежащие в «острове инверсии» и содержащие по 20 нейтронов (20 представляет собой одно из магических чисел.
В ходе эксперимента исследователи изучали богатый нейтронами нуклид 32Mg. Для получения этого ядра титановую пластинку с адсорбированным на ее поверхности тритием обстреливали пучком ядер 30Mg. В результате взаимодействия ядер два нейтрона из ядра трития переносились на ядро магния, в результате чего образовывался 32Mg и протон.
Богатое нейтронами ядро 32Mg (12 протонов и 20 нейтронов) в соответствии с моделью строения атомного ядра должно быть магическим и, соответственно, обладать сферической формой. Однако до настоящего времени результаты теоретических симуляций предсказывали, что в наиболее стабильном энергетическом состоянии ядро 32Mg не представляет собой сферу, оно деформировано и похоже на яйцо.
Однако эксперименты с полученным 32Mg впервые показали сферическую форму ядра этого нуклида. Более того, оказалось, что экспериментально полученное ядро 32Mg располагается на поверхности потенциальной энергии ниже, чем это было предсказано теоретически. Результаты эксперимента ставят очередной вопрос о состоятельности оболочечной теории строения атомного ядра, по крайней мере, в области острова инверсии, а возможно – и для всех известных нуклидов. Исследователи заявляют, что для окончательного решения вопроса о строении атомного ядра и, возможно, обнаружения новых магических чисел, потребуется еще немалое количество экспериментов.
chemport.ru
