ЦЕРН нашёл границу области где законы ядерной физики ломаются. Хром-61 стал маркером загадочного "острова инверсии" с 40 нейтронами

Исследователи из ЦЕРН сделали важный шаг к пониманию того, как устроены атомные ядра. Им удалось точно определить границу загадочной области ядерной карты, известной как «остров инверсии с числом нейтронов 40», где привычные правила ядерной физики перестают работать.

Команда установки ISOLDE (Isotope Separator On-Line Device) в Европейской организации по ядерным исследованиям впервые получила точные измерения, которые позволяют обозначить западную границу этой необычной области. Речь идёт о регионе, где протоны и нейтроны перестают располагаться по стандартной схеме ядерных оболочек и начинают вести себя иначе.

Руководителем исследования выступил Луи Лаланн из Французского национального центра научных исследований (CNRS). Учёные сосредоточились на малоизученном изотопе хрома-61, содержащем 24 протона и 37 нейтронов. Этот нестабильный нуклид давно считался находящимся на границе острова инверсии, и новые данные подтвердили это предположение, превратив его в чёткий маркер рубежа.

Классическая модель оболочек описывает ядро как систему, где протоны и нейтроны занимают энергетические уровни по определённым законам. При так называемых «магических числах» нуклонов ядро приобретает особую устойчивость. Но в изотопах с необычным соотношением протонов и нейтронов эта упорядоченность нарушается, и возникают острова инверсии — участки с искажёнными формами и непредсказуемыми свойствами ядер.

По словам исследователей, остров инверсии с 40 нейтронами — один из немногих небольших регионов, расположенных на нейтронно-избыточной окраине ядерной карты. В этих областях стандартные правила заполнения оболочек ломаются: нейтроны начинают занимать неожиданные уровни, что приводит к появлению деформированных конфигураций ядра.

Для проведения измерений команда использовала уникальную установку CRIS (Collinear Resonance Ionization Spectroscopy), которая работает на ISOLDE и позволяет изучать нейтронно-избыточные ядра с беспрецедентной точностью. С помощью этого инструмента удалось определить ключевые характеристики хрома-61 — спин и магнитный дипольный момент. Эти параметры показывают, как именно распределяются протоны и нейтроны внутри ядра.

Сопоставление экспериментальных данных с теоретическими расчётами выявило, что оболочечная структура хрома-61 занимает промежуточное состояние. С одной стороны, она соответствует предсказаниям для ядер за пределами острова инверсии, а с другой — показывает свойства, характерные для тех, что уже находятся внутри него. Эта гибридная конфигурация позволила исследователям точно обозначить западную границу острова и понять, в каком месте классическая модель начинает разрушаться.

Как отметил Лаланн, острова инверсии особенно важны для науки, потому что они демонстрируют быстрые и неожиданные изменения структуры ядра, ставя под сомнение устоявшиеся представления. Полученные результаты помогают построить более ясное понимание процессов, которые управляют этой эволюцией, и приблизиться к ответу на фундаментальный вопрос — как именно формируется и развивается структура атомных ядер в разных областях ядерной карты.