To odkrycie dorzuca kolejny punkt do katalogu osobliwości fizyki jądrowej. Ono domyka wieloletnią zagadkę dotyczącą najdłuższego znanego łańcucha izomerów 10+ na mapie jąder atomowych. Przez około 40 lat fizycy zastanawiali się, czy ten ciąg kończy się na erbie-148, czy może da się go przeciągnąć jeszcze dalej, w stronę tzw. protonowej granicy kapania, gdzie jądra stają się tak przeładowane protonami, że ledwo trzymają się razem. Teraz wygląda na to, że natura jednak pozwoliła temu łańcuchowi zrobić jeszcze jeden krok.
Jądro, które utknęło w stanie wzbudzonym
Izomer jądrowy to nie jest osobny pierwiastek ani nowy rodzaj materii. To to samo jądro atomowe, ale w szczególnym stanie wzbudzenia, który trwa zaskakująco długo. Większość wzbudzonych jąder pozbywa się nadmiaru energii niemal natychmiast. Niektóre jednak wpadają w coś na kształt energetycznej niszy i zostają tam znacznie dłużej. Właśnie dlatego są tak cenne dla fizyków: pokazują subtelności budowy jądra, których w zwykłych, błyskawicznych przejściach często nie da się dobrze uchwycić.
W przypadku iterbu-150 badacze zidentyfikowali izomer o spinie i parzystości 10+ oraz zmierzyli jego czas połowicznego zaniku na 0,62 mikrosekundy. W skali codzienności to nic. W skali fizyki jądrowej to już wyraźny sygnał, że jądro nie zachowuje się jak zwykły, krótki błysk przejścia energetycznego, tylko jak układ, który naprawdę da się “złapać” i opisać. Naukowcy ustalili też pełny schemat jego rozpadu gamma, co pozwoliło lepiej zrozumieć, jak ten stan jest zbudowany i jak się rozpada.
To trochę tak, jakby w bardzo szybkim mechanizmie nagle znaleźć jedno koło zębate, które na moment zawiesza cały układ i dzięki temu pozwala zobaczyć, jak wszystko jest pospinane. Bez takich chwil “opóźnienia” wnętrze jądra pozostaje dla nas znacznie bardziej nieuchwytne.
Na mapie jąder istnieje znany od dawna łańcuch kolejnych izomerów 10+ w parzysto-parzystych jądrach – od palladu-126 aż po erb-148. Był to najdłuższy taki ciąg znany fizyce jądrowej. Pytanie brzmiało, czy dalej, w bardziej ekstremalnym regionie, też da się znaleźć analogiczny stan, czy może konstrukcja jądra w końcu się “łamie” i dalszego ciągu już nie ma. Obserwacja w iterbie-150 pokazała, że łańcuch jednak sięga dalej.
Takie ciągi są dla fizyków czymś w rodzaju śladów na mapie terenu, którego nie da się obejrzeć bezpośrednio. Pokazują, jak zmienia się wewnętrzna architektura jądra wraz z liczbą protonów i neutronów. A im bliżej granic stabilności, tym bardziej ta architektura zaczyna zachowywać się nieintuicyjnie. Tam jądra nie są już spokojnymi kulkami materii, tylko raczej konstrukcjami balansującymi na granicy rozpadu.
Sam iterb-150 jest przy tym wyjątkowo egzotyczny także dlatego, że jego energia separacji dwóch protonów jest ujemna, co czyni go niezwykle rzadkim układem w pobliżu protonowej granicy kapania. Mówiąc prościej: to jądro istnieje w rejonie, w którym natura bardzo niechętnie toleruje nadmiar protonów. Tym bardziej imponujące, że właśnie tam udało się złapać długowieczny stan izomeryczny.
Obliczenia teoretyczne pokazały coś jeszcze: wzdłuż tego łańcucha 10+ zmienia się natura konfiguracji odpowiedzialnej za izomeryczny stan. W okolicach liczby protonów Z = 64 następuje przełączenie z konfiguracji dwuneutronowej na dwuprotonową. Badacze nazwali to mechanizmem “isomeric relay”, czyli czymś w rodzaju izomerycznego przekaźnika. To bardzo wdzięczna nazwa, bo dobrze oddaje, co się tu dzieje. Sztafeta trwa dalej, ale pałeczkę przejmuje inny zestaw zawodników. W lżejszych jądrach za stan 10+ odpowiada głównie określony układ neutronów, a dalej rolę tę zaczynają odgrywać protony. Sam numer stanu się zgadza, ciąg nie zostaje przerwany, ale wewnętrzna obsada mechanizmu już nie jest ta sama.
Źródła: Phys; APS Journals
