Mokslininkai aptiko sferinio magnio-32 branduolio egzistavimo požymių

Inversinės salos (angl. k. – „islands of inversion“) – tai ypatingi regionai dvimatėje grafinėje nuklidų (atomų atmainų) schemoje (angl. k. – „chart of nuclides“ arba „table of nuclides“). Vienoje šios schemos ašyje nurodomas branduolio neutronų skaičius, o kitoje – branduolio protonų skaičius. Kiekvienas taškas tokiame grafike reiškia konkretų – realiai egzistuojantį (atrastą) ar hipotetinį (dar neatrastą) – nuklidą (atomo atmainą). Paprasčiau tariant, inversinė sala – tai cheminio elemento izotopas, pasižymintis nestandartine branduolio struktūra.

Pirmąsyk inversinę salą 1975 m. aprašė prancūzų fizikai, atlikę retų ličio ir natrio izotopų spektroskopinius masės matavimus. Vėlesnių tyrimų rezultatai atskleidė, kad neutronų turtingi natrio, magnio ir aliuminio izotopai priskirtini nuklidų schemos regionams, kurie vadinami inversinėmis salomis.

Visi Žemėje aptinkami cheminiai elementai kadaise susiformavo žvaigždėse. Labiausiai Visatoje paplitę cheminiai elementai – vandenilis ir helis – susidarė iškart po Didžiojo sprogimo. Kiti elementai, pavyzdžiui, anglis ir deguonis, susiformavo vėliau, žvaigždžių gelmėse vykstant termobranduolinės sintezės reakcijoms. Medžiagos, sunkesnės už geležį, gimė tiktai milžiniškų žvaigždžių sprogimų, vadinamų supernovomis, metu. Supernovos mums davė tiek brangiuosius metalus (pavyzdžiui, auksą ir sidabrą), tiek radioaktyviuosius elementus (pavyzdžiui, uraną).

Kosminiame supernovos reaktoriuje (supernovos terpėje) aptiktume daugybę sunkiasvorių atomų branduolių, kurie egzistuoja itin trumpai, nes skyla į stabilesnius elementus.

Analogiškai sluoksniniam elektronų modeliui, branduolio specialistai sukūrė naują hipotetinį modelį, numatantį, jog egzistuoja dideliu stabilumu pasižyminčios neutronų ir protonų kombinacijos. Šias kombinacijas aprašantys skaičiai vadinami „magiškaisiais“, mat tuomet elektronų sluoksniai visiškai užpildomi, o branduolio pavidalas pasidaro praktiškai sferinis.

Vis dėlto egzistuoja „magiškieji“ branduoliai, savo sandara besiskiriantys nuo standartinės branduolio struktūros. Tarptautinė mokslininkų grupė susidomėjo branduoliais, patenkančiais į jau minėtas inversines salas. Tokių branduolių „magiškasis“ neutronų skaičius lygus 20. Matavimai, atlikti su CERN laboratorijos radioaktyviųjų jonų pluoštų greitintuvu REX-ISOLDE, pateikė įdomių rezultatų.

Mokslininkai eksperimentavo su neutronais praturtinu magnio-32 izotopu, nukreipdami magnio-30 pluoštą į titano plėvelę, padengtą radioaktyviuoju vandenilio izotopu tričiu. Vadinamosios porų perdavos reakcijos metu iš tričio yra išmušami du neutronai ir perduodami magnio-30 branduoliui, todėl šis virsta magniu-32.

Neutronais praturtintas magnio-32 izotopas turi 20 neutronų ir 12 protonų, todėl priskiriamas „magiškiesiems“ ir turėtų pasižymėti sferiniu pavidalu. Vis dėlto žemiausios energijos būsenos magnis-32 yra ne sferinis, o deformuotas – toks magnio branduolys labiau primena kiaušinio formos regbio kamuolį. Sferinis pavidalas nesusidarė tol, kol nebuvo pasiektos didesnės energijos būsenos.

Taigi mokslininkams pirmąkart pavyko patvirtinti sferinio magnio-32 branduolio egzistavimą. Verta dėmesio ir tai, jog sferinis magnio-32 branduolys buvo sukurtas esant žymiai mažesnei energijai, nei numatyta teoriškai. Šis rezultatas verčia dar kartą permąstyti teorinius modelius, aprašančius šios ar kitos nuklidų lentelės srities branduolių sluoksnių sandaros pokyčius.

„Mes labai džiaugiamės pagaliau patvirtinę sferinio magnio-32 branduolio egzistavimą, – džiūgauja Miuncheno technikos universiteto Hadronų ir branduolio fizikos padalinio vadovas profesorius G.Kriukenas. – Tačiau šį įžvalga mums, fizikams, reiškia naujus iššūkius. Tam, kad galėtume nustatyti tikslią žvaigždžių sprogimų metu vykstančios elementų sintezės eigą, turime geriau suprasti mechanizmą, sukeliantį sluoksnių sandaros pokyčius“. Mokslininkų manymu, prireiks dar keliolikos eksperimentų, kol pagaliau bus galima pateikti procesų, susijusių su paslaptingosiomis inversinėmis salomis ir naujais „magiškaisiais“ skaičiais, neabejotiną aprašą.