Всего 10 зарегистрированных ядер за 8240 запусков пучка — но это первое в истории надёжное наблюдение изотопа, который безуспешно пытались запечатлеть с 1980-х
Наука и космос032 минуты назад
Всего через 10 дней после начала пробных запусков нового китайского ускорительного комплекса HIAF (High Intensity heavy-ion Accelerator Facility) международная команда физиков зафиксировала первое событие, ради которого частично и создавался этот ускоритель: в спектрометрическом кольце SRing были обнаружены 10 ядер изотопа гафний-153 (153Hf).
Этот нуклид с 72 протонами и 81 нейтроном десятилетиями находился в списке «предсказанных, но не открытых», а единственная предыдущая попытка его наблюдения в 2000 году так и осталась неподтверждённой рецензированной публикацией. Теперь этот пробел устранён, причём одновременно двумя независимыми группами: параллельно с HIAF гафний-153 был зарегистрирован на японской установке RIBF в институте RIKEN, такое подтверждение устраняет любые сомнения.
Экспериментальная схема использовала пучок ионов висмут-209, разогнанный в кольце ускорителя BRing до энергии 836,66 МэВ/нуклон при интенсивности около 1010 частиц за импульс. Пучок взаимодействовал с графитовой мишенью, и среди множества осколков возникали ядра гафния-153 — с сечением реакции, оценённым ретроспективно примерно в пикобарн (10-36 см2). Это крайне малая вероятность: на каждую тысячу миллиардов столкновений приходится, в лучшем случае, 1 успешное событие. Выделить такие единичные ядра из потока шума позволила комбинация из двух инструментов: сепаратора HIRIBL (High-rigidity Radioactive Ion Beam Line) и накопительного кольца SRing, работающего в изохронном режиме. В этом режиме время обращения иона вокруг кольца зависит исключительно от его массы, а не от скорости, что позволяет разделять изотопы с точностью до одной десятитысячной доли процента — соседние по массе ядра расходятся в спектре на десятки стандартных отклонений и не накладываются друг на друга.
Основная техническая инновация, сделавшая это открытие возможным, — принцип нулевого фона. В отличие от традиционных однопроходных сепараторов, где идентификация редкого события требует сложных тестов на статистическую значимость и всё равно оставляет риск ложного срабатывания, SRing регистрирует каждый ион множество раз за один оборот. Чтобы событие могло считаться реальным ядром, оно должно оставить периодическую последовательность сигналов длительностью не менее 100 микросекунд — более 80 полных витков по 277-метровому кольцу. Никакой шум, наводка или случайное наложение сигналов не может сымитировать такую картину.
В результате одиночный пик на отметке 1159,348 наносекунды, совпавший с расчётным положением для полностью потерявшего все электроны иона гафния-153, был идентифицирован безусловно — без статистических оговорок и вероятностных оценок.
Почему этот изотоп так важен для физики, объясняется его положением на ядерной карте. Гафний-153 находится на стороне с дефицитом нейтронов — в нём на один нейтрон меньше, чем требуется для заполнения «магического числа 82», своеобразной «особо прочной оболочки» атомного ядра. Ровно такой же дефицит в одно нейтронное отверстие делает его идеальным зондом для измерения устойчивости этой оболочки в области тяжёлых элементов с значительным избытком протонов. Теоретические модели — от макроскопических FRDM и WS до микроскопических HFB и релятивистских DRHBc — согласны в том, что ядро должно быть либо стабильным относительно испускания протона, либо очень слабым излучателем, и сам факт того, что 10 ядер достигли детектора, подтверждает этот прогноз.
Масса гафния-153, которую измерят в ближайшее время на том же SRing, станет первой экспериментальной точкой для прямого вычисления величины щели N=82 на протоноизбыточном краю — параметра, исключительно важного для понимания того, как удерживаются вместе тяжёлые ядра.
Авторы подчеркивают, что установка функционировала на считанные проценты от проектной мощности. Интенсивность первичного пучка составляла около 10% от предельной, частота импульсов — 0,3 Гц вместо доступных 3 Гц, а светосила сепаратора перекрывала апертуру кольца более чем на порядок. Когда HIAF достигнет полной производительности, чувствительность к редким изотопам возрастёт в сотни раз, что приведёт к тому, что карта нуклидов начнёт пополняться десятками новых квадратов в самой труднодоступной области — на подходе к протонной границе существования ядер. Это не расширение таблицы Менделеева для экзотических атомов, а последовательное зондирование предела, за которым ядерные силы уже не могут удерживать протоны и нейтроны вместе.
Darth SaharaИсточники:Science BulletinФотоНаука и космос0КитайУскорители частицИзотопыЯдерная физикаТяжёлые ионыУскоритель HIAFСинтез новых элементов32 минуты назад
Источник