Физики впервые измерили нейтронную оболочку атома

Физики впервые измерили «кожу» атома, и, что неудивительно, она чрезвычайно тонкая. Измерение может помочь нам понять свойства нейтронных звезд.

Свинец-208, изотоп, содержащий 82 протона и 126 нейтронов, имеет тип ядра, который физики называют «дважды магическим», потому что и протоны, и нейтроны аккуратно расположены в оболочках внутри ядра. Эти оболочки обеспечивают относительную стабильность атома и упрощают эксперименты, поэтому, когда сотрудничество PREX в Национальном ускорительном комплексе Томаса Джефферсона в Вирджинии намеревалось измерить нейтронную оболочку, они решили экспериментировать со свинцом-208.

Поскольку в свинце-208 нейтронов намного больше, чем протонов, нейтроны и протоны смешиваются только в центре ядра, а некоторые нейтроны составляют слой по краю. Мы уже знаем плотность протонов внутри ядра из предыдущих экспериментов. Поскольку нейтронная оболочка создается из-за того, что внутренняя часть ядра настолько плотна, что выдавливает некоторые нейтроны наружу, измерение толщины этого нейтронного слоя показывает плотность ядра в целом.

“Это сообщает нам нечто фундаментальное о том, как устроены ядра, и эта информация действительно говорит нам о том, как трудно протолкнуть нейтроны в материю, когда там уже много нейтронов, как трудно сделать материю более плотной”, – говорит Кент Пашке из Университета Вирджинии, представитель группы PREX.

Исследователи измерили толщину нейтронной оболочки, поместив образец свинца-208 между двумя алмазами и бомбардировав его мощным пучком электронов. По тому, как электроны отскакивают от свинца, видно, где в ядре находятся нейтроны. Исследователи обнаружили, что нейтронная оболочка составляет около 0,28 фемтометра – 0,28 триллионных долей миллиметра – в поперечнике, что немного толще, чем предсказывали физики.

Понимание этого фундаментального факта о ядрах может помочь нам понять давление внутри нейтронных звезд , которые в основном состоят из нейтронов, что может помочь установить ограничение на их размер. «Физика, отвечающая за оболочку свинца-208, также отвечает за размер нейтронной звезды», – говорит Хорхе Пикаревич из Университета штата Флорида. «Гравитация хочет раздавить нейтронную звезду и превратить ее в черную дыру, и что-то останавливает ее от коллапса – это “что-то” то же самое, что делает нейтронную оболочку».

Материалы:

• https://www.newscientist.com/article/2276963-physicists-have-measured-an-atoms-neutron-skin-for-the-first-time/
• https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.172503