Теоретические изыскания, проведенные учеными из Центра ускорительных наук Нисина при RIKEN, выявили фундаментальное свойство тяжелых атомных ядер, которое расходится с устоявшимися представлениями. Исследование показало, что значительное число тяжелых ядер обладает триаксиальными, миндалевидными формами, в отличие от ранее предполагавшихся вытянутых, подобно мячу для регби, конфигураций.
Подписи: Изображения атомов часто изображают ядро как круглый шарик, состоящий из нейтронов и протонов
Это открытие напрямую оспаривает традиционную модель структуры ядра, заложенную в основу ядерной физики Ааге Бором и Бенном Моттельсоном в 1950-х годах. Данная долгоживущая модель постулировала, что деформированные тяжелые ядра вытянуты вдоль одной оси, что можно сравнить с формой регбийного мяча. Ааге Нильс Бор, датский физик, разделивший Нобелевскую премию по физике 1975 года с Бенном Роем Моттельсоном и Джеймсом Рэйнвотером, был известен разработкой теории структуры атомного ядра, основанной на связи коллективного и частичного движения.
Инициатором сомнений в этом постулате выступил Такахару Оцука, приглашенный ученый RIKEN, который предположил, что миндалевидная форма с овальными поперечными сечениями может быть более естественной для ядер. Его гипотеза изначально встретила значительное сопротивление со стороны многих специалистов в области ядерной физики. Исследования в области физики тяжелых ионов, начавшиеся с появлением пучков ускоренных ядер в конце 1950-х — начале 1960-х годов XX века, изучают коллективные ядерные процессы, которые характеризуются предельно большими изменениями формы ядра.
В недавнем теоретическом исследовании Оцука и его коллеги применили суперкомпьютер Фугаку для выполнения ресурсоемких вычислений. Суперкомпьютер Фугаку, расположенный в Центре вычислительных наук RIKEN в Кобе, Япония, и разработанный совместно RIKEN и Fujitsu, в июне 2020 года стал самым быстрым в мире, впервые возглавив все основные рейтинги, включая Top500. Эти расчеты убедительно продемонстрировали, что практически все эллипсоидально деформированные тяжелые ядра обладают именно такими триаксиальными формами, что знаменует собой существенный сдвиг в понимании ядерной структуры.
Последствия этого открытия весьма значительны для ядерной физики. Оно подразумевает, что ядра могут вращаться вокруг двух осей, а не только вокруг одной, что напрямую влияет на наше понимание ядерного вращения и продолжающийся поиск новых сверхтяжелых элементов. Центр Нисина при RIKEN, который управляет фабрикой по производству пучков радиоизотопов (RIBF), ставит своей целью изучение экзотических атомных ядер, чтобы лучше понять, как возникла Вселенная и из чего она состоит на ядерном уровне.
Результаты исследования, опубликованные в рецензируемом журнале «Physical Review C», по прогнозам, окажут влияние на будущие изыскания свойств экзотических ядер и фундаментальных сил, управляющих атомными структурами. Эти выводы также согласуются с предсказаниями, основанными на рамках симметрии прокси-SU(3). Исследования, проводимые в RIKEN, включая работу с ускорителями, такими как циклотрон, заложили основу для изучения тяжелых элементов. Физика тяжелых ионов, изучающая коллективные процессы, позволяет получать ядра вблизи границ стабильности и проникать в область химических элементов второй сотни. Таким образом, новое понимание формы ядра, основанное на триаксиальной модели, открывает новые горизонты для экспериментов, проводимых на передовых установках, таких как Фугаку, и в рамках программ RIKEN.