На пределе материи: ученые раскрыли свойства нового ядра, истекающего протонами

Международная группа ученых объявила об открытии нового, чрезвычайно нестабильного изотопа — алюминия-20. Это ядро, находящееся на самой границе существования материи, стало первым в истории науки наблюдаемым объектом с уникальным трехпротонным типом распада.

Результаты исследования, расширяющие понимание фундаментальных свойств материи, опубликованы в престижном журнале Physical Review Letters.

Эксперимент был проведен в Центре по исследованию тяжелых ионов имени Гельмгольца (GSI) в Германии специалистами из Института современной физики Китайской академии наук. Алюминий-20 является самым легким из известных изотопов этого элемента и обладает настолько сильным дефицитом нейтронов, что находится за так называемой «протонной каплей» — теоретической границей, за которой ядра мгновенно распадаются.

Используя передовую методику анализа распада летящих ядер, физикам удалось не только зафиксировать рождение нового изотопа, но и детально изучить механизм его распада. Анализ показал, что процесс происходит в два этапа. Сначала ядро алюминия-20 испускает один протон, превращаясь в промежуточное ядро магния-19. Затем это ядро, которое само по себе является экзотическим, мгновенно распадается, выбрасывая одновременно еще два протона. Таким образом, алюминий-20 стал первым известным трехпротонным эмиттером, дочернее ядро которого само является двухпротонным радиоактивным ядром.

В ходе работы было сделано еще одно важное открытие. Энергия распада алюминия-20 оказалась значительно ниже, чем предсказывали теоретические модели, основанные на принципе изоспиновой симметрии. Это расхождение может указывать на нарушение данной симметрии между алюминием-20 и его «зеркальным партнером» — неоном-20, что подтверждается и современными расчетами.

Данное открытие не имеет прямого прикладного значения, однако его ценность для фундаментальной науки огромна. Полученные экспериментальные данные служат уникальным инструментом для проверки и уточнения теоретических моделей атомного ядра. Точное описание таких экзотических систем необходимо для понимания процессов нуклеосинтеза — рождения химических элементов во Вселенной в результате таких событий, как взрывы сверхновых и слияния нейтронных звезд. Кроме того, подобные исследования стимулируют развитие технологий в области детекторов частиц и обработки больших данных.