Таємниця «магічних ядер». Фізики вивели формулу стабільності матерії

Хоча кількість протонів визначає хімічну природу елемента, кількість нейтронів у ядрі може варіюватися, створюючи ізотопи. Однак цей баланс не є довільним: надлишок або дефіцит нейтронів швидко призводить до нестабільності. Винятком є ізотопи з певною кількістю нуклонів(протонів або нейтронів) — ці«магічні числа» забезпечують ядру надзвичайну міцність.

Читайте также: Google: невідомі намагались клонувати Gemini, відправивши 100 000 запитів про внутрішню роботу LLM

Досі для опису таких станів використовували оболонкову модель ядра, яка за логікою схожа на розподіл електронів в атомі. Проблема в тому, що ця модель, попри свою прогностичну ефективність, є феноменологічною. Вона фактично ігнорує прямий вплив сильної ядерної взаємодії – тієї самої сили, яка тримає протони разом попри їхнє електричне відштовхування.

Група Діна застосувала інший підхід, звернувшись до квантовомеханічного принципу, згідно з яким стан системи неможливо спостерігати, не змінивши його. Замість спрощених рівнів енергії, фізики зосередилися на хвильовій функції, яка описує систему цілісно, враховуючи парні та навіть потрійні взаємодії між нуклонами.

Об’єктом тестування стало олово-132(Sn-132) — «двічі магічний» ізотоп із 50 протонами та 82 нейтронами. Аналізуючи його хвильову функцію за низької роздільної здатності(фокусуючись на колективній поведінці частинок), автори виявили, що структура рівнів оболонкової моделі виникає природним чином із фундаментальних взаємодій.

Читайте также: Світловий код лісу. Вчені розказали, як олені використовують ультрафіолетові мітки для спілкування

Уперше вдалося перекинути місток між двома ізольованими підходами: моделями, що просто описують поведінку ядер, і методами«перших принципів«(ab initio), що виводять цю поведінку з базових сил.

«Це підтверджує, що магічні числа протонів і нейтронів залишаються незмінними саме завдяки внутрішній динаміці взаємодії», — випливає з результатів роботи. Тепер дослідники планують застосувати цей фреймворк для вивчення«екзотичних» регіонів ядерної карти — важких елементів, чиї властивості досі залишаються загадкою, але можуть пролити світло на походження матерії у Всесвіті.