Физики выяснили, почему цирконий-80 такой тяжелый

Facility for Rare Isotope Beams

Физики долго ломали голову над тем, почему изотоп циркония тяжелее, чем должен быть. Объяснение нашли в энергии связи между протонами и нейтронами

Цирконий-80 сам по себе является действительно интересным изотопом. Он имеет сложное ядро с двойным магическим атомным числом. Это означает, что количество протонов и нейтронов в нем равно двум магическим числам, которые обычно означают полную заполненность энергетического уровня электронов. 

В новой работе исследователи смогли измерить массу этого изотопа циркония с доселе невиданной точностью. Для этого они использовали масс-спектрометр с ловушкой Пеннинга. «Люди измеряли эту массу раньше, но никогда этого не удавалось сделать так точно, — сказал один из авторов исследования Алек Хамакер. — И это выявило некоторые интересные физические особенности».

Масса ядра — это не просто сумма масс его протонов и нейтронов. На самом деле в нем также присутствует масса, которая проявляется как энергия, удерживающая составляющие ядра вместе. Согласно одному из самых знаменитых физический уравнений — E = mc2 —  масса пропорциональна энергии.

Когда ядро обладает большей энергией связи — это означает, что оно протоны и нейтроны в нем связаны очень прочно — у него будет больше недостающей массы. Это помогает объяснить ситуацию с цирконием-80. Его ядро плотно связано, и это новое измерение показало, что эта связь даже сильнее, чем ожидалось.

Американским физикам-теоретикам пришлось найти объяснение этому явлению. Для этого они обратились к предсказаниям десятилетней давности. Например, теоретики подозревали, что ядро циркония-80 может быть дважды магическим. Более ранние эксперименты показали, что цирконий-80 имеет форму скорее мяча для регби или для американского футбола, чем сферы. Теоретики предсказывали, что именно форма может породить эту «магию». С помощью самого точного измерения массы циркония-80 на сегодняшний день ученые смогли подтвердить эти идеи надежными данными.