Badacze z ośrodka ISOLDE w Genewie precyzyjnie określili zachodnią granicę wyspy inwersji, co może mieć fundamentalne znaczenie dla naszej wiedzy o strukturze jąder atomowych. To nie jest kolejny drobny krok, ale raczej znaczące osiągnięcie w dziedzinie, która od dziesięcioleci poszukuje odpowiedzi na podstawowe pytania o budowę materii.
Nowe spojrzenie na chrom-61
Kluczem do odkrycia stało się jądro chromu-61 składające się z 24 protonów i 37 neutronów. Zespół Louisa Lalanne’a wykorzystał zaawansowaną technikę koliniowej spektroskopii laserowej z jonizacją rezonansową do precyzyjnych pomiarów tego egzotycznego jądra. Okazało się, że spin stanu podstawowego wynosi 1/2, a nie 5/2 jak wcześniej sądzono, co zmusza do rewizji dotychczasowych modeli teoretycznych.
Czytaj także: Fizycy przesunęli jądro atomu. Obiecujące osiągnięcie fizyków kwantowych
Zmierzony jądrowy moment dipolowy magnetyczny osiągnął wartość +0,541(6) mikroN, co dostarcza kluczowych danych dla reinterpretacji całego spektrum rozpadu beta w tym regionie. Te precyzyjne pomiary były możliwe dzięki znaczącemu postępowi technologicznemu – nowy schemat jonizacji oparty wyłącznie na laserach Ti:Sa poprawił wydajność eksperymentu dziesięciokrotnie w porównaniu z poprzednimi metodami.
Tajemnice wysp inwersji
Wyspy inwersji to szczególne regiony gdzie klasyczny model powłokowy jądra atomowego po prostu zawodzi. W przypadku jąder egzotycznych, czyli tych z nadmiarem lub niedoborem neutronów, zwykły porządek wypełniania powłok jądrowych ulega całkowitemu załamaniu. Neutrony zajmują powłoki inne niż przewidywane teoretycznie, nadając tym jądrom niezwykłe kształty i właściwości magnetyczne.
Analiza danych ujawniła, że chrom-61 znajduje się w unikalnej pozycji przejściowej. Jego konfiguracja jest napędzana wzbudzeniami neutronów typu dwóch cząstek – dwie dziury ze sparowanym neutronem 1p1/2. Co ciekawe, ewolucja kształtu wzdłuż łańcucha izotopów chromu charakteryzuje się jako kwantowe przejście fazowe drugiego rzędu, które następuje stopniowo poprzez mieszanie wielu stanów kwantowych, a nie przez nagłe skoki.
Co to oznacza dla fizyki
Wyznaczenie zachodniej granicy wyspy inwersji N=40 to ważny krok w kierunku opracowania uniwersalnego modelu struktury jądrowej. Wyspy inwersji reprezentują regiony najszybszej ewolucji strukturalnej, stanowiąc największe wyzwanie dla współczesnego rozumienia fizyki jądrowej. Ich dokładne mapowanie jest niezbędne do rozwoju modeli teoretycznych obejmujących cały krajobraz nuklidów.
Otwiera to nowe perspektywy dla badań nad jądrami egzotycznymi o skrajnych proporcjach protonów i neutronów. Dzięki udoskonalonej metodzie CRIS możliwe będzie badanie jeszcze bardziej niestabilnych struktur istniejących jedynie przez ułamki sekund. Ostatecznym celem jest zrozumienie, jak struktura jądrowa powstaje i ewoluuje w całym krajobrazie jądrowym.
Czytaj także: Naukowcy odkryli anomalię w jądrach atomowych. Piąta siła natury może istnieć
Chociaż media często przedstawiają takie odkrycia jako rewolucyjne przełomy, w rzeczywistości jest to raczej kolejny ważny krok w mozolnym procesie naukowym. Precyzyjne pomiary z CERN-ISOLDE nie rozwiązują wszystkich zagadek egzotycznych jąder, ale zdecydowanie przybliżają nas do pełniejszego zrozumienia fundamentalnych sił kształtujących materię we Wszechświecie.