Японская команда провела высокоточное измерение масс изотопов аргона, выявив изменение силы нового магического числа N=32

Международная исследовательская группа, состоящая из RIKEN и Высокоэнергетического ускорительного исследовательского института (KEK), используя сверхпроводящее устройство генерации и разделения радиоактивных пучков BigRIPS на заводе радиоактивных пучков RIBF Центра ускорительной науки Нисина RIKEN, а также совместно разработанную стационарную прецизионную масс-спектрометрическую систему CRISMASS для медленных радиоактивных изотопов, провела высокоточные массовые измерения короткоживущих изотопов аргона, удалённых от линии стабильности ядер.

Энергия зазора двойной нейтронной оболочки вблизи нового магического числа N=32

Исследовательская группа впервые напрямую измерила массу аргона-50 (^50Ar, 18 протонов, 32 нейтрона) и повысила точность измерения массы аргона-49 (^49Ar) примерно в 250 раз по сравнению с предыдущими данными. Результаты были опубликованы в онлайн-режиме в журнале Physical Review Letters 6 августа.

Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов. Когда число протонов или нейтронов достигает определённых значений, ядро приобретает относительно стабильную структуру “замкнутой оболочки”, и эти значения называются “магическими числами”. В последние годы экспериментальные признаки нового магического числа N=32 в кальции-52 (^52Ca) привлекли внимание в области ядерной физики, однако вопрос о том, существует ли это новое магическое число в соседних элементах и как меняется его сила, требует дальнейших экспериментальных проверок.

В данном эксперименте исследователи использовали гелиевую камеру и многоотражательный времяпролётный масс-спектрометр (MRTOF) в системе CRISMASS для быстрого извлечения и времяпролётных измерений короткоживущих радиоактивных изотопов, достигнув точности масс порядка десятимиллионных долей. На экспериментальных спектрах были чётко зарегистрированы пики ^49Ar и ^50Ar, что демонстрирует способность системы различать ядра с крайне малыми различиями масс.

На основе полученных новых массовых данных исследовательская группа вывела информацию об энергии зазора двойной нейтронной оболочки, связанной с силой магического числа. Результаты дополнительно подтверждают, что N=32 в кальции-52 является новым магическим числом; при этом в изотопах аргона, имеющих на два протона меньше, чем кальций, эффект магического числа N=32 ослабевает. Это указывает на то, что сила магического числа не является фиксированной, а изменяется в зависимости от числа протонов в элементе.

Исследование также сравнило экспериментальные результаты с множеством теоретических расчётов, показав, что теоретические модели в значительной степени воспроизводят тенденцию “N=32 сильнее в кальции и слабее в аргоне”. Исследовательская группа считает, что эти результаты способствуют углублению понимания оболочечной структуры атомных ядер и свойств короткоживущих ядер, а также предоставляют экспериментальную основу для изучения процессов нуклеосинтеза в экстремальных условиях, таких как звёзды, вспышки сверхновых и слияния нейтронных звёзд.