Фізікі нарэшце разгадалі загадку ядзерных магічных лікаў
- 17.02.2026, 16:37
Гэта загадка, якая дзесяцігоддзямі заставалася неразгаданай у ядзернай фізіцы.
Адмысловы набор лікаў, вядомы як магічныя лікі, амаль 80 гадоў складаў аснову даследаванняў у ядзернай фізіцы. Цяпер вучоныя высветлілі, як гэты набор узнікае з квантавага змешвання ядзерных часціц і сіл. Даследаванне апублікавана ў часопісе Physical Review Letters, піша New Scientist.
Амаль 80 гадоў таму фізік Марыя Гепперт-Майер даказала, што калі ядро атама хімічнага элемента змяшчае пэўную колькасць пратонаў і нейтронаў, яно становіцца вельмі стабільным. У ядзернай фізіцы гэтая колькасць атрымала назву магічныя лікі.
На сёння да магічных лікаў адносяць: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Калі ў ядры атама менавіта такая колькасць пратонаў або нейтронаў, яно больш стабільнае, чым ядры атамаў іншых хімічных элементаў. Магічныя лікі сустракаюцца ў ізатопах, то бок разнавіднасцях аднаго і таго ж атама аднаго хімічнага элемента.
Існуюць таксама двойчы магічныя лікі. Найбольш стабільнымі з’яўляюцца тыя ядры атамаў, у якіх і колькасць пратонаў, і колькасць нейтронаў — магічныя. Напрыклад, такімі з’яўляюцца ізатопы гелій-4 (2 пратоны, 2 нейтроны), кісларод-16 (8 пратонаў, 8 нейтронаў), кальцый-40 (20 пратонаў, 20 нейтронаў) і свінец-208 (82 пратоны, 126 нейтронаў). Апошні — самы стабільны вядомы ізатоп.
Гепперт-Майер і яе сучаснікі патлумачылі магічныя лікі тым, што пратоны і нейтроны ў ядры атама займаюць розныя энергетычныя ўзроўні, або абалонкі. То-бок гэтыя часціцы ядра круцяцца па арбітах, як электроны вакол ядра. Гэта абалонкавая мадэль ядра атама дагэтуль выкарыстоўваецца для інтэрпрэтацыі многіх эксперыментаў у ядзернай фізіцы. У межах гэтай мадэлі пратоны і нейтроны запаўняюць абалонкі ядра атама, і як толькі абалонка запоўнена, значна павышаецца стабільнасць ядра. Гэтая мадэль разглядае кожную часціцу ў ядры як незалежную, але сучасныя квантавыя тэорыі сцвярджаюць, што часціцы ўнутры ядзер атамаў насамрэч моцна ўзаемадзейнічаюць. Аўтары новага даследавання знялі гэтае супярэчанне і ў працэсе патлумачылі, як з гэтых узаемадзеянняў узнікаюць магічныя лікі.
Развязанне загадкі ядзернай фізікі
Паводле фізікаў, абалонкавая мадэль ядра атама абапіраецца на дадзеныя эксперыментаў і не апісвае дэталяў узаемадзеянняў паміж кожнай часціцай. Замест гэтага вучоныя матэматычна апісалі, як часціцы ўзаемадзейнічаюць адна з адной, як яны набліжаюцца і колькі энергіі патрэбна, каб іх раздзяліць.
Гэтыя два апісанні аналагічныя выявам з нізкай і высокай раздзяляльнай здольнасцю адпаведна. Фізікі пачалі з апісання з высокай раздзяляльнай здольнасцю, паступова змяншаючы яе на кожным этапе вылічэнняў і адсочваючы, як змяняецца структура, якую ўтвараюць часціцы ў ядры.
Фізікі назіралі змяненне сіметрыі квантавых станаў часціц. Пабудова графіка на падставе раўнанняў для гэтых станаў прыводзіла да ўзнікнення формаў з рознай сіметрыяй пры рознай раздзяляльнай здольнасці. Гэта змяненне прыводзіла да фарміравання структуры ядра, якая была найбольш стабільнай, калі часціцы групаваліся ў магічныя лікі. Змяненне сіметрыі, выяўленае фізікамі, звязана з эфектамі, апісанымі ў тэорыі адноснасці Эйнштэйна, тым самым малюючы яшчэ больш поўную карціну таго, як магічныя лікі аб’ядноўваюць розныя аспекты ядзернай фізікі.
На гэты момант аўтары даследавання праверылі свае тэарэтычныя здагадкі на ізатопе волава — волава-132, ядро якога з’яўляецца двойчы магічным, бо змяшчае 50 пратонаў і 82 нейтроны, а таксама на некалькіх дадатковых ядрах атамаў.