Срочные новости раздела
Симметрия инверсии времени оказалась важна для околомагических ядер

Симметрия инверсии времени оказалась важна для околомагических ядер

Группа физиков из 10 стран сообщила об экспериментальном исследовании того, как электрический квадрупольный и магнитный дипольный моменты изотопов индия зависят от числа нейтронов в них. Ядро индия интересно тем, что его число протонов на единицу меньше ближайшего магического числа. Это делает индий хорошим объектом для изучения одночастичного (в данном случае однодырочного) приближения к теории ядерных сил. Доведя число нейтронов до 80, авторы показали, что старое представление о балансе сил в таких ядрах было ошибочным, и представили два независимых метода вычисления ядерных моментов. Оказалось, что, чтобы точно воспроизвести эксперимент, необходимо учитывать вклады, нарушающие симметрию относительно инверсии времени.

© A. R. Vernon et al. / Nature, 2022

Взаимодействие двух нуклонов (протонов или нейтронов) в ядре существенно сильнее и сложнее устроено, чем взаимодействие между двумя электронами или между электроном и ядром. По этой причине физики не очень хорошо умеют его предсказывать. Например, мы знаем, что нуклоны, как и электроны, — это фермионы, поэтому по мере своего прироста они заполняют некоторые оболочки. Но если число электронов, необходимых для заполнения первой, второй и последующих оболочек, довольно легко предсказать из первых принципов, то соответствующие ядерные значения (их еще называют магическими числами) ученые узнают лишь феноменологически: это 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126. Атомы с полностью заполненными оболочками — инертные газы — обладают очень большой энергией ионизации и неохотно участвуют в химических реакциях. Аналогично магические ядра обладают повышенной энергией связи и большим временем жизни.

Проблемы с количественной теорией ядерных сил из первых принципов возникают с самого начала. Соответствующее уравнение Шрёдингера, которое прекрасно справляется с этой задачей в атомной физике, требует знание потенциала нуклон-нуклонного взаимодействия, точный вид которого ученым до сих пор неизвестен. Тем не менее, физики не сдаются и ищут способы хоть как-то упростить себе задачу.

Не так давно ядерщики стали обращаться к опыту своих коллег, изучавших атомы почти век назад. В то время не было технической возможности решать уравнение Шрёдингера для многоэлектронных атомов, однако в случае щелочных атомов удавалось построить приближенную аналитическую теорию. В ее основе лежало представление об электронной структуре таких атомов как об одном электроне (валентном), двигающемся в объединенном поле ядра и замкнутого электронного остова. Движение валентного электрона щелочного атома очень похоже на движение единственного электрона в атоме водорода. Отличие в том, что остов не полностью экранирует ядро, поэтому его эффективный заряд несколько больше единицы, а также в том, что валентный электрон поляризует остов, поэтому в уравнение добавляется взаимодействие с диполем.

Такой же подход физики начали применять к описанию околомагических ядер, то есть таких, где число нуклонов, в особенности протонов, отличается от магического на единицу в большую или меньшую сторону. Во втором случае говорят о движении протонной дырки в магическом ядре. Исследование мультипольных моментов таких ядер позволяет судить о том, как лишняя частица деформирует магический остов.

В своей работе международная коллаборация физиков из 10 стран при участии Адама Вернона (Adam Vernon) из Манчестерского университета сконцентрировала свое внимание на богатых нейтронами изотопах индия. Ядро индия содержит 49 протонов, что на единицу меньше магического числа. Ранее исследование магнитного момента его изотопов с числом нейтронов от 56 до 78 показало, что он слабо меняется. Это заставило ученых думать, что в околомагических тяжелых ядрах одночастичное поведение доминирует над коллективным. В новом исследовании авторы довели число нейтронов до 80 и увидели резкий скачок в свойствах ядер, что опровергает старые предположения.

В частности, физики измеряли электрический квадрупольный и магнитный дипольный моменты у основного и изомерного состояний ядер. Измерения были выполнены с использованием метода коллинеарной резонансной ионизационной спектроскопии на установке ISOLDE, расположенной в ЦЕРН. Эксперимент позволил определять сверхтонкую структуру атомов индия, в особенности исследовать электрические квадрупольные и магнитные дипольные переходы.

Для описания наблюдаемых закономерностей, физики использовали два различных подхода. Первый из них позволял вычислять свойства ядер из первых принципов в рамках метода ренормгруппы, используя два различных набора двух- и трехнуклонных сил, выведенных в рамках хиральной эффективной теории поля. Второй основывается на теории функционала плотности в рамках подхода методов Харти — Фока и Харти — Фока — Боголюбова. Во втором случае физики отдельно исследовали влияние членов, нарушающих инверсию времени. Они возникают в основном из-за двухчастичного спин-спинового взаимодействия и представляют особый интерес в контексте поиска новой физики и темной материи.

Метод ренормгруппы позволил хорошо воспроизвести поведение моментов (локальные максимумы и минимумы) в зависимости от числа нуклонов, но ошибся в самих значениях. Использование метода функционала плотности совместно с методом Хартри — Фока оказалось наиболее точным, но только при включении нечетных по времени (то есть, нарушающих симметрию относительно инверсии) средних полей. Такая же конфигурация лучше всего воспроизвела поведение изомеров для числа нейтронов, близких к магическому. Результаты работы физиков дадут новый толчок к развитию методов описания ядерного поведения, как из первых принципов, так и с помощью более косвенных методов.

Статья опубликована в журнале NatureИсточник: Марат Хамадеев nplus1.ru

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

При иммунном ответе на раковые клетки Т-киллеры активируются по принципиально иному механизму, чем при ответе на инфекционные агенты. К такому выводу пришли американские биологи, проанализировав
подробнее...

Американские исследователи обнаружили, что уровень натрия в крови у верхней границы нормы — показатель недостаточного потребления жидкости — связан с ранним физическим старением, развитием хронических
подробнее...

Первая в мире вакцина для медоносных пчел была одобрена для использования Министерством сельского хозяйства США. Препарат будут получать с кормом пчелиные матки и передавать устойчивость к болезни
подробнее...

Американские ученые научили Lactobacillus reuteri синтезировать блокатор калиевых каналов лимфоцитов, который способен снижать пролиферацию эффекторных T-клеток памяти и, как следствие, воспаление.
подробнее...

Сотрудники биологического факультета и НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ с коллегами детально изучили факторы, приводящие к хромосомным транслокациям – переносам участков
подробнее...

Российские химики создали молекулярные конструкции на основе органического вещества глутаримида, которые позволяют отправить на разрушение белки, необходимые для деления и роста опухолевых клеток.
подробнее...

Физики из Национальной лаборатории в Брукхейвене (Brookhaven National Laboratory, BNL) открыли совершенно новый тип квантовой запутанности, достаточно известного явления, связывающего квантовые
подробнее...

Физики из коллаборации MicroBooNE сообщили о результатах повторного анализа своих измерений в рамках полной модели нейтринных осцилляций, включающей превращения в стерильные нейтрино. Итог их работы
подробнее...

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета и Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова совместно с профессором Калифорнийского университета в Беркли Леоном Чуа
подробнее...

Американские физики изготовили классический аналог кубита с нелинейностью. Он представляет собой две стальные сферы, в которых возбуждаются волны упругости. Оказалось, что механические колебания в
подробнее...

Палеонтологи описали новый род и вид длиннохвостого пахиплеврозавра по полному скелету, найденному в Китае. Хвост этого животного превышал длину его тела. Окаменелый скелет был обнаружен в 2021 году в
подробнее...

Коллектив ученых Санкт-Петербургского государственного университета и Омского научного центра Сибирского отделения РАН создал композитный материал из многослойных углеродных нанотрубок, оксида
подробнее...

Американские нейробиологи обнаружили четвертую оболочку головного мозга. Тонкая мембрана находится между средней и внутренней менингеальными оболочками, непроницаема для крупных молекул и активно
подробнее...

В 2020 году ученые из ВНИИ животноводства им. Л. К. Эрнста, Сколтеха, МГУ и их коллеги получили первого в России жизнеспособного клонированного теленка, самку назвали Цветочек (по названию клеточной
подробнее...

Российские ученые провели межвидовой анализ экспрессии генов головного мозга у рыбок данио, крыс и людей, чтобы идентифицировать новые общие молекулярные мишени для терапии аффективных расстройств
подробнее...

Бразильские генетики изучили эволюцию генов, которая сделала китообразных гигантами. Они обнаружили гены, которые отбирались из поколения в поколение, и помогли не только достичь огромных размеров, но
подробнее...

Учёные из Сколковского института науки и технологий, Института астрофизики им. Лейбница (Германия), Грацского университета Карла и Франца и Обсерватории Канцельхоэ (Австрия), Загребского университета
подробнее...

Ученые Санкт-Петербургского университета нашли в кусочке янтаря в Калининграде муравья рода Manica, ранее встречавшегося только в горах Европы, Кавказа, Северной Америки и Японии. Возраст находки, как
подробнее...