Стабильные атомы тоже разные

Американские физики обнаружили намеки на то, что, вопреки классической теории не только нестабильные, но и стабильные атомы с “зеркальным” числом протонов и нейтронов ведут себя неодинаковым образом. Статью с описанием их работы опубликовал научный журнал Nature.

“У атомов стронция-73 и брома-73 должна быть идентичная структура, однако, к нашему большому удивлению, это оказалось не так. Это открытие заставляет нас сомневаться в том, что мы полностью понимаем то, как работают сильные ядерные взаимодействия”, – прокомментировал один из авторов исследования, доцент Массачусетского университета в Лоуэлле Эндрю Роджерс.

Один из главных принципов современной физики состоит в том, что большинство ее законов симметричны. К примеру, если заставить время двигаться назад, поменяв знак в формуле, которая описывает второй закон Ньютона, то он будет идеально точно описывать процесс ускорения тела под действием приложенных к нему сил.

Другой пример этого принципа – позитроны, антипротоны и другие частицы антиматерии. Они представляют собой зеркальные отражения обычных частиц материи – электронов, протонов и так далее. Это выражается в том, что у античастиц есть все те же свойства, что и у их антиподов, за исключением противоположного заряда.

Ученые достаточно давно пытаются найти нарушения в этой симметрии, исследуя проблему отсутствия антиматерии в видимой Вселенной. Однако пока сделать это им не удалось.
Зеркало для атома

Роджерс и его коллеги уже много лет изучают свойства так называемых “зеркальных” атомов. Так физики называют элементы, у которых сумма протонов и нейтронов одинакова, но количество каждого из слагаемых противоположно. Теория предсказывает, что такие атомы должны быть устроены идентичным образом: у них должны быть одинаковы форма, размер, структура энергетических уровней и ряд других качеств.

Ученые давно знают, что это правило не всегда работает на 100% при “накачке” атомов большим количеством энергии. Однако недавно физики выяснили, что оно в принципе не соответствует действительности для одной пары “зеркальных” атомов, фтора-16 и азота-16. Тем не менее это не стало неожиданностью для исследователей, так как фтор-16 настолько нестабилен, что он распадается за 0,01 аттосекунды (10 в –20-й степени секунды).

Экспериментируя на ускорителе частиц NSCL, который может разгонять тяжелые частицы и производить редкие изотопы различных элементов, американские физики открыли еще одну подобную пару “зеркальных” атомов с нарушенной симметрией – стронция-73 и брома-73. Это относительно стабильные изотопы, в природе они, однако, не встречаются. Физики достаточно давно научились производить их, бомбардируя тяжелыми ионами мишени из молибдена-92 и других элементов.

Наблюдая за распадами 400 подобных атомов, ученые смогли выяснить структуру их энергетических уровней. Оказалось, что они не совпадают даже для тех случаев, когда стронций-73 и бром-73 находились в состоянии покоя. Аналогичным образом форма этих атомов сильно различалась.

Как объясняет Роджерс, это несовпадение, в отличие от фтора-16 и азота-16, нельзя объяснить тем, что один из “зеркальных” атомов был крайне нестабилен по своей природе и почти мгновенно распадался. Расхождение в свойствах стронция-73 и брома-73, соответственно, говорит о том, что ученые не до конца понимают то, как взаимодействуют между собой протоны и нейтроны и как работают силы, удерживающие их внутри атома.

Для того, чтобы быть в курсе новостей в сфере науки, подписывайтесь на наш Telegram-канал.