Sciencemag.cz
Doporučujeme
Magická čísla v jaderné fyzice odpovídají určitým počtům protonů, neutronů i nukleonů v jádře jako celku. Měly by s sebou nést vyšší stabilitu příslušných izotopů a také měnit velikosti „magických“ jader.
Podobně jako elektrony existují v atomu na různých energetických hladinách (odpovídajících i čistě vzdálenosti příslušné slupky od jádra), očekáváme něco podobného i u protonů a neutronů. Také zde zaplněné slupky (právě to jsou ona magická čísla) mají znamenat vyšší stabilitu vůči „reakci“ – tentokrát ne chemické, ale vůči jadernému rozpadu; zcela zaplněná slupka by dále měla mít menší průměr.
Jenže zatímco v případě elektronů naše modely dobře odpovídají realitě, u jádra si to za prvé do značné míry jen představujeme (vlastní měření je mnohem komplikovanější), za druhé, když už nějaká empirická data získáme, k modelům zdaleka ne vždy sedí.
Viz také: 34, nové magické číslo pro neutrony
Vědci se nově zaměřili na exotické jádro draslíku obsahující 32 neutronů. Draslík s protonovým číslem 19 se nejčastěji vyskytuje jako 39K s 20 neutrony a stabilní je rovněž izotop 41K s 22 neutrony. Snad celkem spolehlivě víme, že magická čísla jsou 2, 8, 20 a 28, nicméně teorie (poznámka: modely, asi ne nějaká fundamentální teorie) a stejně tak některé experimentální důkazy u vápníku v jeho okolí měly naznačovat, že magické by mohlo být rovněž neutronové číslo 32 (mimochodem i výše odkazovaný článek na magické číslo 34 vychází z dat pro vápník). Cílem nové studie publikované v Nature Physics bylo tedy zjistit, jak se od sebe budou lišit velikosti jader draslíku s 31, 32 a 33 neutrony.
Fyzikové z belgických Instituut voor Kern-en Stralingsfysica a KU Leuven (Lovaň) a z Peking University narazili při svém zkoumání na velké problémy: jak příslušné izotopy vyrobit a jak změřit jejich vlastnosti dříve, než se rozpadnou (i když uváděné poločasy rozpadu příslušných izotopů jsou např. v desetinách sekund, zase ne extrémně malé). První problém vyžadoval použít zařízení s radioaktivním iontovým paprskem, jako je ISOLDE v CERNu.
Závěr pak každopádně má znít: 32 neutronů u draslíku neodpovídá v rozporu s původními předpoklady žádnému „zlomu“ z hlediska velikosti jádra.
Charge radii of exotic potassium isotopes challenge nuclear theory and the magic character of N = 32. Nature Physics(2021). DOI: 10.1038/s41567-020-01136-5.
Zdroj: Phys.org a další
Poznámky PH:
Studie tvrdí, že u magického čísla by velikost jádra měla klesnout oproti jádru o příslušný nukleon menšímu i většímu. Takže čistě geometricky si to jako přidávání a plnění slupek představovat zase úplně nemůžeme (to by pak velikost nikdy neklesala a naopak skokově rostla jen u magického čísla +1). Do hry totiž vstupuje i to, že se jádra s magickými počty nukleonů mají tendenci více „zarovnávat“ – jsou kulovitější. „Průměrem“ u nesouměrného (nemagického) jádra pak myslíme delší z os elipsoidu.
A naprosto laické úvahy: Rozlišujeme-li magická čísla pro protony a neutrony zvlášť, znamená to, jako by protony a neutrony byly v jádře od sebe oddělené na samostatných vrstvách? Dává smysl si to tahle představovat? Je-li to tak, že s počtem protonů roste u stabilních jader počet neutronů rychleji, zdálo by se, jako by neutrony byly „vně“?
