Sciencemag.cz
Doporučujeme
Po desetiletí jaderní fyzici věřili, že „ostrovy inverze“ – oblasti, kde se náhle porušují běžná pravidla platící pro jaderné struktury – se vyskytují převážně v izotopech bohatých na neutrony. V těchto neobvyklých částech jaderné tabulky mizí magická čísla, sférické tvary jádra se hroutí a jádra se neočekávaně mění v silně deformované objekty. Dosud se všechny tyto ostrovy vyskytovaly v exotických jádrech, jako je berylium-12 (počet neutronů N = 8), hořčík-32 (N = 20) a chrom-64 (N = 40), která jsou všechna daleko od stabilních jader vyskytujících se v přírodě.
/Jaderná tabulka – obdoba periodické tabulky, na jedné ose je počet protonů, na druhé neutronů. Magická čísla – počty protonů, neutronů nebo všech nukleonů vyznačujících se zvláštní stabilitou jádra./
Nyní však studie provedená v rámci spolupráce vědců z korejského Institutu pro základní vědy (IBS), Univerzity v Padově, Michiganské státní univerzity, Univerzity ve Štrasburku a dalších institucí odhalila dosud neznámý jev: ostrov inverze ukrytý v jedné z nejvíce symetrických oblastí, kde se počet protonů rovná počtu neutronů.
Mezinárodní tým vědců zkoumal tento jev u dvou izotopů molybdenu: molybdenu-84 (Z = N = 42, Z = počet protonů) a molybdenu-86 (Z = 42, N = 44). Tato jádra leží na diagonále (u diagonály) N = Z – důležité, ale obtížně studovatelné oblasti; takové izotopy lze totiž těžko vyrobit v laboratoři. Pomocí paprsků vzácných izotopů na Michiganské státní univerzitě a vysoce citlivých detektorů gama záření vědci nyní změřili životnost excitovaných stavů těchto jader s přesností na pikosekundy.
K vytvoření potřebných paprsků autoři studie vyrobili rychle se pohybující jádra Mo-86 bombardováním beryliového terče urychlenými ionty Mo-92. Separátor pak z mnoha fragmentů vytvořených při srážce vybral ty požadované. Paprsek Mo-86 pak zasáhl druhý terč, kde byla některá jádra excitována nebo přeměněna na Mo-84 odstraněním dvou neutronů. Když se tato jádra vrátila do svého základního stavu, vyzařovala gama záření, které odhalilo podrobnosti o jejich vnitřní struktuře.
Měření ukázala, že Mo-84 se chová velmi odlišně od Mo-86, i když se tyto dva izotopy liší pouze o dva neutrony. Mo-84 vykazoval mimořádně vysoký stupeň kolektivního pohybu – což je známkou toho, že mnoho protonů a neutronů je excitováno společně. Jaderní fyzici popisují tento proces jako „excitace částice-díry“: některé nukleony přeskočí na orbitaly s vyšší energií (částice) a zanechají volná místa v orbitalech s nižší energií (díry). Čím více nukleonů se účastní těchto koordinovaných skoků, tím silněji se jádro deformuje.
Dále provedené pokročilé výpočty vysvětlují tento nápadný kontrast. V Mo-84 procházejí protony i neutrony velmi velkými současnými excitacemi částice-díry – v podstatě se jedná o přeskupení 8 částic a 8 děr –, což vede k silně deformovanému tvaru. Toto chování vyplývá ze zvláštní interakce mezi symetrií protonů a neutronů a zúžením energetické mezery (pásu) ve slupce při N = Z = 40, což takové koordinované excitace neobvykle usnadňuje. Důležité je, že podle modelů tuto deformaci nelze reprodukovat bez zahrnutí tříjaderných sil, interakcí, při nichž působí společně tři jádra. Modely, které zahrnují pouze tradiční dvoujadernou interakci, nedokážou vygenerovat pozorovanou strukturu.
Naproti tomu Mo-86 vykazuje jen mírné excitace, a proto zůstává mnohem méně deformovaný. Tyto kombinované výsledky ukazují, že Mo-84 se nachází uvnitř nově identifikovaného „ostrova inverze“, zatímco Mo-86 leží mimo něj.
Nový „izospinově symetrický ostrov inverze“ objevený v rámci této studie u nuklidu Mo-84 s N = Z je prvním případem ostrova inverze, který se objevuje v symetrických (ve smyslu počtu protonů a neutronů) jádrech. Tento objev zpochybňuje dosavadní dlouhodobé předpoklady o tom, kde může docházet ke strukturálním inverzím, a otevírá nové možnosti pro zkoumání základních interakcí.
J. Ha et al, Abrupt structural transition in exotic molybdenum isotopes unveils an isospin-symmetric island of inversion, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65621-2
Zdroj: Institute for Basic Science / Phys.org, přeloženo / zkráceno
Je to zajímavé,
ale kromě základního výzkumu by mne zajímalo aspoň nepatrné využití těcho látek. Pro medicinu asi ne, na tu má příliš rychlý rozpad.