Физики из RIKEN и их коллеги из Германии, США и Японии сообщили о достоверном наблюдении девяти событий, соответствующих рождению богатого нейтронами изотопа натрия-39. Этот результат поможет определить нейтронную границу стабильности — один из важнейших параметров, который пытаются воспроизвести различные теории ядерных взаимодействий.

Исследование опубликовано в Physical Review Letters.

Упаковка нуклонов в ядре немного похожа на то, как электроны располагаются на своих орбитах в атоме, в том смысле, что и то, и другое — это квантовые частицы, фермионы, подчиняющиеся принципу запрета Паули. У нуклонов, однако, нет единого центра притяжения: они связываются друг с другом и за счет этого локализуются. Строго говоря, нуклон-нуклонное взаимодействие — это главная сила, определяющая свойства атомных ядер, в то время как электрон-электронное отталкивание обычно много меньше, чем притяжение электронов к ядру. Наконец, взаимодействие двух заряженных частиц определяется простым законом Кулона, изотропным и обратно пропорциональным квадрату расстояния. Ядерные же силы физики до конца не понимают, но уже сейчас можно с уверенностью сказать, что форма соответствующих потенциалов, если таковые вообще существуют, явно должна быть нетривиальной.

Непростую судьбу теорий ядерных сил осложняют трудности с их проверками, поскольку доступ у ученых к процессам внутри ядер не такой большой, как в случае атомов. Сейчас мы знаем, что некоторые ядерные изотопы более стабильны, некоторые менее, а некоторые не могут существовать в принципе. Граница, разделяющая последние две категории, носит название границы стабильности (drip line). Ее можно представить в виде линии на N-Z диаграмме атомных ядер, охватывающую долину стабильности. Граница стабильности остается важным ориентиром для теорий, которые пытаются ее предсказать.

Поиск нейтронной границы стабильности (еще бывает аналогичная граница для протонов) происходит путем синтеза ядер, богатых нейтронами, однако чем больше заряд ядра Z, тем сложнее это делать. Физики успешно прочерчивали ее для изотопов с небольшим числом протонов вплоть до конца прошлого столетия, когда стало понятно, что для кислорода (Z = 8) дальше изотопа ²⁴O стабильных ядер нет.

Три года назад ученым из Германии, США и Японии под руководством Тосиюки Кубо (Toshiyuki Kubo) из института RIKEN удалось продвинуться дальше по таблице Менделеева и обнаружить границу стабильности для фтора (Z = 9) и неона (Z = 10): ³¹F и ³⁴Ne, соответственно. Сейчас же эта коллаборация сообщила, что им удалось отодвинуть эту границу для натрия (Z = 11), зафиксировав его стабильный изотоп ³⁹Na.