Как физики разгадали загадку "магических чисел" ядра

Ученые нашли математическое объяснение давно известному явлению в ядерной физике. Теперь ясно, почему определенные числа протонов и нейтронов делают ядро атома особенно стабильным, сообщает New Scientist. Еще 80 лет назад физики установили, что ядра некоторых атомов имеют необычно высокую устойчивость. Это происходит, когда в ядре содержится определенное количество протонов или нейтронов — так называемые магические числа: 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126. В таких случаях энергетические оболочки частиц полностью заполняются, и ядро ведет себя более устойчиво, чем соседние изотопы.

Ранее эффективную предсказательную модель давала теория оболочек, которая рассматривала протоны и нейтроны как независимые частицы, занимающие дискретные уровни энергии внутри ядра. Однако эта модель не учитывала сильные взаимные взаимодействия между частицами, которые, по сути, удерживают ядро от распада.

Группа физиков под руководством Чэньчжуна Дина из Университета Сунь Ятсена (Китай) применила новый математический метод, похожий на модель микроскопа с регулируемым разрешением. Этот подход позволил им начать расчет с детального описания взаимодействий между нуклонами (протонами и нейтронами) "с первого принципа" и постепенно перейти к более общему уровню. В результате ученые увидели, как структуры энергетических уровней возникают естественным образом прямо из фундаментальных сил, действующих в ядре, отмечает Veritas News.

Исследователи проверили свой метод на так называемом "дважды магическом" изотопе — олове-132, — который содержит 50 протонов и 82 нейтрона. Их расчеты показали, что наблюдаемая устойчивость в этих ядрах действительно связана с квантовыми взаимодействиями, а не только с классической моделью оболочек.

Эксперты отмечают, что это открытие не просто решает давний научный вопрос, но может помочь лучше понять структуру тяжелых и "экзотических" ядер. Кроме того, новый подход открывает путь к изучению сверхтяжелых элементов и процессов, которые происходят в недрах и при слиянии нейтронных звезд.