Ученые из Института современной физики Китайской академии наук (IMP) в сотрудничестве с исследователями из Японии, Германии и Италии впервые провели точные измерения масс ряда экзотических атомных ядер. Эти данные позволили установить протонную капельную линию для алюминия, фосфора, серы и аргона, и предоставили возможность разработать новый метод исследования протонных гало-структур.
Атомное ядро представляет собой центральную часть атома и состоит из протонов и нейтронов. Гало – это явление, характеризующееся слабой связью одного или нескольких протонов или нейтронов с ядром, что приводит к их расположению на значительном удалении от центра и формированию своеобразного «облака». Ядра, обладающие гало, имеют значительно больший радиус по сравнению с ядрами, близкими по количеству протонов и нейтронов.
Ученые обычно наблюдают гало у слабосвязанных ядер, расположенных вблизи капельной линии — границы устойчивости атомных ядер, за которой протоны не могут больше удерживаться в ядре и «вытекают» наружу.
Нейтронные гало обнаруживаются учеными гораздо чаще, чем протонные, поскольку образование последних затруднено из-за кулоновского отталкивания между протонами, имеющими положительный заряд.
Ученым из международной научной группы удалось впервые определить массы экзотических изотопов кремния, фосфора, серы и аргона — 23Si, 26P, 27,28S и 31Ar. Ученые использовали метод изохронной масс-спектрометрии (Bρ-defined IMS), устройство, основанное на измерении масс ядер по времени и траектории их движения в магнитном кольце-хранилище, позволило добиться существенного повышения точности определения массы серы-28 – в 11 раз. Полученные данные позволили уточнить положение протонной капельной линии для алюминия, фосфора, серы и аргона.
На основе измерений масс ядер ученые определили физическую величину, представляющую собой разность энергий зеркальных ядер ( mirror energy differences). Она может служить распространенным показателем наличия протонного гало. Кроме того, эксперименты выявили отклонения в изоспиновой симметрии ядер, расположенных вблизи границы протонной стабильности. Теоретические расчеты подтвердили, что это связано с существованием протонного гало.
Полученные данные свидетельствуют о протонном гало у ядер фосфора-26, фосфора-27, серы-27 и серы-28. Кроме того, предполагается, что аргон-31 может являться новым ядром, обладающим двойным протонным гало. В то же время, было установлено, что основное состояние алюминия-22 не демонстрирует наличие гало-структуры. Работа опубликована в Physical Review Letters.
Полученные результаты будут полезны для дальнейшего исследования экзотических ядер и способствуют более глубокому пониманию процессов, протекающих в нестабильных ядрах. Исследователи полагают, что разница в энергиях зеркальных ядер может служить точным показателем для выявления отклонений от изоспиновой симметрии и обнаружения протонных гало-структур.