Учёные обнаружили «остров инверсии» в ядре молибдена-84 с равным числом протонов и нейтронов

В ядре молибдена-84, где число протонов равно числу нейтронов, ученые обнаружили необычную область, названную «островом инверсии». Ранее считалось, что такие структурные нарушения возникают только в изотопах с избытком нейтронов.

До этого острова инверсии фиксировались у нестабильных ядер, например бериллия-12, магния-32 и хрома-64. В этих ядрах привычная структура нарушается: магические числа исчезают, форма искривляется, и ядро принимает деформированную конфигурацию. Международная группа исследователей впервые зафиксировала подобную область в протон-нейтрон-симметричной части диаграммы ядер. Новый остров найден в ядре Mo-84 и соседнем Mo-86, расположенных вдоль линии N = Z, где число протонов совпадает с числом нейтронов. Работа с этими изотопами сложна из-за трудностей их получения в лабораторных условиях.

В экспериментах ускоряли ионы Mo-92 и направляли их на бериллиевую мишень для получения Mo-86. Пучок разделяли с помощью сепаратора A1900, затем ядра Mo-86 бомбардировали второй мишенью. Некоторые из них теряли два нейтрона и превращались в Mo-84, испуская гамма-лучи при переходе в низшие энергетические состояния.

Гамма-лучи регистрировались системой GRETINA, сверхкороткие времена жизни фиксировались прибором TRIPLEX. Результаты сравнивались с моделями методом Монте-Карло в GEANT4 для оценки деформации ядер.

Сравнение Mo-84 и Mo-86 выявило резкие различия. Mo-84 проявляет высокое коллективное движение нуклонов через энергетический зазор, известное как «возбуждение частица-дырка». Множество протонов и нейтронов перескакивают на орбитали с более высокой энергией, оставляя пустые места на нижних уровнях, что сильно деформирует ядро.

Эти процессы объясняются протон-нейтронной симметрией и сужением щели оболочки при N = Z = 40. Одновременное участие большого числа нуклонов приводит к перестройке «8 частиц – 8 дырок». Традиционные модели с учетом только двухнуклонных сил не воспроизводят такую структуру; учет трехнуклонных взаимодействий оказался необходим. Mo-86 ведет себя иначе: возбуждения ограничены 4p-4h, ядро менее деформировано. Mo-84 оказывается внутри нового острова инверсии, Mo-86 — за его пределами.

Так называемый «изоспин-симметричный остров инверсии» в Mo-84 стал первым известным примером подобной структуры в протон-нейтрон-симметричной системе. Это открытие меняет представления о возникновении экзотических ядерных областей и раскрывает новые аспекты сил, удерживающих атомные ядра.