Buborékszerű atommagot fedeztek fel magyar kutatók közreműködésével

Egy nemzetközi kutatócsoport buborékszerű protoneloszlást mutatott ki a 34-es tömegszámú neutrontöbbletes szilíciumizotópban. A központi protonsűrűség ennél az izotópnál majdnem csak fele annak, mint az atommag külső részein, míg a neutronsűrűség egyenletes. A radioaktívion-nyalábon végzett kísérletben nyert adatok feldolgozásában az MTA Atomki kutatói is részt vettek.

2016. október 25.

A most megjelent cikk itt olvashatóA természetben többször előfordul atomokból vagy atomi klaszterekből álló mikroszkopikus rendszerek esetén, hogy buborékszerű szerkezetet mutatnak, azaz a közepükben a sűrűségük kicsi, vagy legalábbis erősen lecsökkent. A legismertebb ilyen rendszerek a szénatomokból álló fullerénmolekulák, amelyekben a központi sűrűség extrém kicsi: belül gyakorlatilag üresek.

Az atommagokra vonatkozó klasszikus folyadékcseppmodell szerint az erősen lecsökkent központi sűrűség esetükben nem fordulhat elő. A protonok és neutronok csak a közvetlen szomszédaikkal vannak kölcsönhatásban, így az atommagban mint folyadékcseppben állandó az anyagsűrűség. Ezt az elképzelést a stabil atommagokra történő, nagy precizitású elektronszórásos kísérletek is megerősítették.

Az atommagok másik alapvető modellje, a héjmodell szerint a nukleonok az atomi elektronokhoz hasonlóan pályákon helyezkednek el, amelyek térben különböző kiterjedésűek lehetnek. Ebből a modellből kiindulva elméleti szakemberek már viszonylag korán felvetették, hogy ha egy atommagban a központi térfogatban elhelyezkedő gömbszimmetrikus magpályák nincsenek betöltve, míg a külső területeken elhelyezkedők igen, akkor belül nagy sűrűséghiány keletkezik, és buborékszerű szerkezet alakul ki. Ugyanakkor a nukleonok közötti korrelációk eltüntethetik ezt a jelenséget.

Protonok sűrűségeloszlása a 34-es tömegszámú Si-atommagban Forrás: A. Mutschler et al.

A neutrontöbbletes atommagok furcsa tulajdonságai

A magtérképen a stabilitási sávtól távol eső, erősen neutrontöbbletes atommagokat vizsgálva már eddig is több meglepő felfedezés született: ezekben az atommagokban az extrém neutrontöbbletnél megváltoznak a nemesgázszerű atommagokat jelző mágikus számok, az atommagok körül neutronbőr vagy akár neutronglória alakul ki. Ezeket az atommagokat a vezető magfizikai intézetekben (Németországban a GSI-ben, Franciaországban a GANIL-ban, az USA-ban az NSCL-ben és Japánban a RIKEN-ben) rendelkezésre álló, a legújabb technikai vívmányokat felhasználó radioaktívionnyaláb-gyárakban végzett kísérletekben lehet vizsgálni.

Az egyik legújabb radioaktívion-nyalábos kísérletben a neutrontöbbletes 34Si-atommagról bizonyították be, hogy a protoneloszlása buborékszerkezetet mutat. Az ugyanannyi neutront, de két protonnal többet tartalmazó stabil 36S izotóphoz képest a 34Si közepén 40%-kal kisebb a protonsűrűség annak következtében, hogy a gömbszimmetrikus proton s-pálya szinte egyáltalán nincs betöltve, míg a külső területeket elfoglaló protonpályák teljesen betöltöttek.

Az eredmény a Nature Physics legújabb számában olvasható: A proton density bubble in the doubly magic 34Si nucleus

Magyarok részvétele a radioaktívion-nyalábokon végzett magszerkezet-kutatásban

Radioaktívion-nyalábos kísérleteket a használt berendezések bonyolultsága miatt 20–50 fős nemzetközi kollaborációk végeznek. A Magyar Tudományos Akadémia Atommagkutató Intézet fizikusai 2000 óta vesznek részt a radioaktív nyalábokon végzett magszerkezet-kutatásokban.

További információ

Sohler Dóra, MTA Atommagkutató Intézet

sohler.dora@atomki.mta.hu

+36 52 509 200