Najlżejsza forma aluminium
Aluminium-20 to izotop wykraczający poza tzw. linię odpadania protonów. Posiada zaledwie 7 neutronów, podczas gdy stabilne aluminium-27 występujące w naturze ma ich 14. Ta nietypowa konfiguracja sprawia, że jest wyjątkowo nietrwały.
Glin-20 jest najlżejszym izotopem aluminium, który został odkryty do tej pory. Znajduje się poza linią odpadania protonów i ma siedem neutronów mniej niż stabilny izotop aluminium. — prof. Xu Xiaodong, Instytut Fizyki Nowoczesnej
Odkrycie wpisuje się w badania nad egzotycznymi jądrami atomowymi. Choć naukowcy poznali dotąd ponad 3300 nuklidów, zaledwie 300 z nich pozostaje stabilnych w naturalnych warunkach. Reszta to krótko żyjące „dziwactwa” jądrowe.
Sekwencyjny rozpad trójprotonowy
Analiza korelacji kątowych ujawniła nietypowy mechanizm rozpadu. Stan podstawowy aluminium-20 rozpada się sekwencyjnie: najpierw emitowany jest pojedynczy proton, tworząc niestabilny magnez-19, który natychmiast rozpada się dalej, emitując jednocześnie dwa protony.
To pierwszy udokumentowany przypadek, gdy produkt pośredni rozpadu jednoprotonowego sam jest emiterem dwuprotonowym. Naukowcy z IMP śledzili cały proces z użyciem krzemowych detektorów mikropaskowych, rejestrując trajektorie wszystkich cząstek.
Niespodzianka z symetrią izospinową
Energia rozpadu stanu podstawowego aluminium-20 wyniosła 1,93(+0,12−0,10) MeV. Okazało się to znacznie niższą wartością, niż przewidywały obliczenia oparte na symetrii izospinowej – fundamentalnej zasadzie fizyki jądrowej.
Ta wartość jest znacząco mniejsza niż przewidywania wynikające z symetrii izospinowej, oparte na znanej energii separacji neutronu w lustrzanym jądrze neonu-20, co wskazuje na możliwe łamanie symetrii izospinowej w lustrzanych jądrach aluminium-20 i neonu-20. — z publikacji w Physical Review Letters
Zaobserwowane odstępstwo znalazło potwierdzenie w modelach teoretycznych. Jak czytamy w publikacji, różnice w parzystości spinów stanów podstawowych aluminium-20 (1-) i neonu-20 (2-) wskazują, że nasze rozumienie oddziaływań w jądrach dalekich od stabilności może wymagać korekt. To ciekawy przyczynek do dyskusji, choć na ostateczne wnioski jeszcze za wcześnie.
Globalne wysiłki
Odkrycie jest owocem szerokiej współpracy międzynarodowej. W projekcie uczestniczyli badacze z Instytutu Fizyki Nowoczesnej Chińskiej Akademii Nauk, niemieckiego ośrodka GSI, Uniwersytetu Fudan oraz kilkunastu innych instytucji. Takie konsorcja stają się normą w badaniach podstawowych, gdzie koszty i złożoność aparatury wymuszają połączenie sił.
Znaczenie dla nauki
Badanie rzuca światło na mechanizmy emisji wieloprotonowej w jądrach egzotycznych. Choć aluminium-20 rozpada się w ułamku sekundy, jego analiza pomaga weryfikować teoretyczne modele opisujące strukturę materii jądrowej. Prace nad izotopami jak aluminium-20, choć dalekie od praktycznych zastosowań, są jak kalibracja mikroskopu dla fizyków jądrowych. Każdy taki „nietypowy przypadek” testuje granice obowiązujących teorii. Warto jednak pamiętać, że od takich odkryć do rewizji podręczników wiedzie długa droga – potwierdzenie wyników przez inne zespoły będzie w tym przypadku kluczowe.
Dlaczego to ważne?
Odkrycia tego typu poszerzają mapę nuklidów i dostarczają danych do udoskonalania modeli teoretycznych. W dłuższej perspektywie mogą pomóc wyjaśnić, jak powstają ciężkie pierwiastki w gwiazdach. Na dziś jednak największą wartością jest poszerzenie fundamentalnej wiedzy o zachowaniu materii w ekstremalnych warunkach – to krok po kroku buduje pełniejszy obraz świata atomów.