Новый изотоп сиборгия указывает на переосмысление «острова стабильности»
Сверхтяжелые элементы — это рубеж современной ядерной физики, где каждая новая частица бросает вызов нашим представлениям о материи. Их ядра, балансирующие на грани существования, удерживаются лишь тонким равновесием между ядерными силами и электромагнитным отталкиванием. Без квантовых оболочечных эффектов, стабилизирующих их структуру, эти гиганты атомного мира распались бы за ничтожные доли секунды. Однако последнее открытие изотопа 257Sg (сиборгий-257) в GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung (Германия) вносит новые интригующие детали в эту картину.
Опубликованное в Physical Review Letters, исследование не только расширяет таблицу изотопов, но и ставит под сомнение устоявшиеся теории о ядерной стабильности. Ученые обнаружили, что квантовые эффекты, которые, как считалось, защищают сверхтяжелые ядра от мгновенного распада, могут работать иначе. Более того, открытие первого К-изомера в сиборгии и неожиданные свойства его альфа-распада указывают на то, что «остров стабильности» — гипотетическая область долгоживущих сверхтяжелых элементов — может быть устроен сложнее, чем предполагалось.
Эксперимент и ключевые результаты
Международная группа исследователей использовала газонаполненный сепаратор отдачи TASCA для синтеза 257Sg в реакции между ядрами хрома-52 (⁵²Cr) и свинца-206 (²⁰⁶Pb). Новый изотоп оказался необычным: его период полураспада (12,6 мс) превысил время жизни соседнего 258Sg, распадаясь как через спонтанное деление, так и через альфа-распад.
При альфа-распаде 257Sg превращался в 253Rf (резерфордий-253), который затем делился всего за 11 микросекунд. Это наблюдение противоречит традиционным моделям, согласно которым угловой момент (квантовое число K) должен был существенно замедлять деление. Оказалось, что влияние K-квантовых чисел на стабильность ядра сложнее, чем считалось.
Еще более значимым стало обнаружение К-изомерного состояния в 259Sg. К-изомеры — это возбужденные конфигурации ядер с высоким угловым моментом, которые могут в сотни раз дольше сопротивляться делению, чем основное состояние. Ученые зафиксировали сигнал конверсионного электрона через 40 микросекунд после образования ядра — явное свидетельство существования такого изомера.
Ранее К-изомеры наблюдались в резерфордии (Rf) и дармштадтии (Ds), но в сиборгии их обнаружили впервые. Это открытие заполняет важный пробел в понимании структуры сверхтяжелых ядер и открывает новые возможности для поиска еще более тяжелых элементов.
Последствия для «острова стабильности»
Теория предсказывает существование «острова стабильности» — области сверхтяжелых элементов, где ядра могут жить годы или даже тысячелетия благодаря магическим числам протонов и нейтронов. Однако новые данные показывают, что стабильность может резко меняться даже у соседних изотопов.
Например, расчеты для 256Sg предсказывали период полураспада 6 микросекунд, но реальность может оказаться иной — всего 1 наносекунда. Это означает, что некоторые сверхтяжелые ядра могут быть крайне нестабильными, что усложнит их обнаружение. Однако К-изомеры могут стать «спасательным кругом»: если ядро существует лишь наносекунды, но его изомер — миллисекунды, это резко повышает шансы на детектирование.
Технические сложности и будущие исследования
Эксперименты с такими короткоживущими ядрами требуют сверхбыстрой электроники и точных методов детектирования. В GSI разработали специализированные цифровые системы, способные фиксировать события длительностью до 100 наносекунд.
Следующая цель команды — синтез 256Sg, который должен проверить гипотезу о резком падении стабильности. Кроме того, ученые планируют искать новые К-изомеры в других сверхтяжелых ядрах, что может привести к пересмотру современных моделей ядерной структуры.
Открытие 257Sg и его К-изомера — важный шаг в понимании пределов ядерной стабильности. Оно не только расширяет границы таблицы Менделеева, но и заставляет пересмотреть фундаментальные принципы, управляющие поведением материи в экстремальных условиях. Если дальнейшие эксперименты подтвердят неожиданно короткое время жизни 256Sg, это может изменить стратегию поиска элемента 120 и других гипотетических сверхтяжелых ядер. В любом случае, физика сверхтяжелых элементов продолжает удивлять, напоминая, что даже на краю известного нам мира таятся новые загадки.