Учёные получили редкую возможность увидеть изотоп азота-9 "матрёшки"

Учёные, возможно, впервые обнаружили редкую версию азота, содержащую пять лишних протонов, что делает её неустойчивой.

Исследователи обнаружили следы нового изотопа, который назвали азотом-9, путём направления изотопов кислорода на атомы бериллия в лаборатории Национальной сверхпроводниковой циклотронной лаборатории США.

Если будут проведены последующие эксперименты, подтверждающие его существование, этот изотоп станет атомным ядром с наибольшим количеством лишних протонов, увеличив это число с четырех до пяти. Новый изотоп был описан исследователями 27 октября в журнале Physical Review Letters.

"Ультранестабильная версия азота распадается, поочередно выбрасывая один или два протона, что напоминает процесс раскрывания русской матрёшки", - сказал Роберт Чарити, ученый-ядерщик из Вашингтонского университета в Сент-Луисе.

Протоны и нейтроны удерживаются внутри атомных ядер сильной ядерной силой, которая подавляет отталкивание положительно заряженных протонов в стабильных атомах. Однако при добавлении дополнительных протонов этот баланс нарушается, и атомы выходят за пределы так называемой "капельной линии".

За пределами этой линии атомы становятся нестабильными и распадаются, выбрасывая протоны или нейтроны. Поскольку они находятся на крайних пределах возможных атомных ядер, такие полустабильные атомы за пределами "капельной линии" давно интересуют ученых-ядерщиков.

"Существование такой экзотической системы является хорошим способом проверить квантовую механику открытых или несвязанных систем многих тел", — сказал Чарити.

Исследователи обнаружили первые намёки на наличие азота-9 в данных многолетнего эксперимента, проведенного Национальной сверхпроводниковой циклотронной лабораторией. Сначала они разбивали атомы кислорода-13 на бериллий, пытаясь создать другой изотоп, названный кислородом-11.

Однако среди миллионов взаимодействий они обнаружили признаки распада, указывающие на наличие чего-то другого. На грани статистической значимости исследователи выявили редкие атомы азота-9, которые существовали всего 10^-21 секунду.

Для получения частичного подтверждения этого открытия ученые провели моделирование структуры изотопа и выяснили, что он состоит из ядра гелия с двумя протонами и двумя нейтронами, окружёнными пятью свободно удерживаемыми протонами. В кратчайший момент времени эти протоны распались, покидая ядро через квантовый туннель.

Для окончательного подтверждения этого открытия потребуются дополнительные эксперименты. Исследователи надеются, что, подтвердив существование азота-9, они смогут лучше понять процессы распада, которые приводят к образованию более распространенных изотопов.

"Элементы, которые окружают нас, производятся через механизмы, включающие промежуточные соединения, которые нас интересуют. Наша работа включает в себя как восстановление структуры, так и реакции, приводящие к образованию таких ядер", — сказал профессор химии и физики Вашингтонского университета Ли Соботка.