Sciencemag.cz
Doporučujeme
Nová studie vyvrátila dlouholetý názor, že atomové jádro olova-208 (²⁰⁸Pb) je dokonale kulovité. Tento objev podle jeho autorů (vědci z anglické University of Surrey a dalších institucí) zpochybňuje některé základní předpoklady a může mít i dalekosáhlé důsledky pro naše chápání toho, jak ve vesmíru vznikají nejtěžší prvky.
Olovo-208 je výjimečně stabilní díky tomu, že se jedná o dvojnásobně magické jádro (magická čísla jsou počty protonů i neutronů) – vůbec nejtěžší takové známé. Studie publikovaná ve Physical Review Letters nyní použila vysoce přesnou experimentální sondu ke zkoumání jeho tvaru a zjistila, že místo dokonale kulovitého tvaru je jádro olova-208 mírně protáhlé a připomíná ragbyový míč (protáhlý sféroid).
Pomocí nejmodernějšího spektrometru záření gama GRETINA v Argonne National Laboratory (Illinois) vědci bombardovali atomy olova vysokorychlostními svazky částic urychlenými na 10 % rychlosti světla. Interakce vytvořily jedinečné gama otisky vlastností excitovaných kvantových stavů v jádru olova-208, které byly následně použity k určení jeho tvaru.
Teoretičtí fyzici včetně těch z University of Surrey nyní přehodnocují modely používané k popisu atomových jader, protože experimenty naznačují, že jaderná struktura je mnohem složitější, než se dříve předpokládalo.
Přitom zrovna tvaru jádra tohoto izotopu olova vědci rozuměli, respektive o tom byli alespoň přesvědčeni. Jedním z možných vysvětlení je, že vibrace jádra olova-208 jsou při excitaci během experimentů méně pravidelné, než jsme si mysleli (poznámka PH: chápu-li to dobře, pak by problém nebyl v základním modelu, ale čistě v tom, jak jádro interaguje při vysokoenergetických srážkách).
J. Henderson et al, Deformation and Collectivity in Doubly Magic 208Pb, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.062502
Zdroj: University of Surrey / Phys.org
To je trochu tak búrka v pohári vody. Už samotný koncept dobrého tvaru jadra je len aproximáciou, ktorá súvisí s použitím mean-field metód (Hartree-Fock a DFT), prípadne jednoduchých makroskopických modelov typu Bohr-Mottelson; v súčasnosti sa u mnohých jadier predpokladá dokonca tvarová koexistencia (superpozícia) – na tú je stavaná práve GCM metóda, ktorá je akýmsi rozšírením mean-fieldu.
Keď je jadro dobre deformované, tá deformácia do istej miery na seba berie mnohočasticové korelácie, takže potom mean-field metódy dávajú slušné výsledky, povedzme v celkovej energii alebo niekedy aj pre excitácie – tam (v RPA) ale už z konštrukcie sa berie rovnaká deformácia základného a excitovaného stavu. Jadro olova, tým že je (zhruba) sférické a bez párovania, si ponecháva mnohočasticové korelácie neviditeľné pre mean-field metódy, u ktorých sa potom dá čakať trochu menšia presnosť pri popise vlastností takéhoto jadra.
Všimnite si, že experimentátorov zaujímala deformácia v excitovaných stavoch. To by mal byť schopný popísať shell model (ale len nepriamo; napríklad ju nevidí pre jadrá s nulovým spinom) a GCM metóda (škoda že práve tu hodnoty Q nedávajú). Navyše, shell model je pre ťažké jadrá dosť pochybnou metódou, väčšinou sa tam ručne dolaďujú parametre pre každé konkrétne jadro. V tejto súvislosti ma skôr prekvapuje, že práve mean-field (Skyrme RPA) dal pomerne dobré výsledky pre pravdepodobnosti prechodov B(E).