Ядро атома обычно имеет чёткую форму — вытянутую, как дыня, или сплюснутую, как тыква. Но кремний-30 ведёт себя иначе: он словно не может решить, каким быть.
В эксперименте пучок ядер кремния-28 и кремния-30 направляли на мишень из циркония-90 при энергиях вблизи кулоновского барьера — той границы, где ядра уже почти соприкасаются, но ещё не сливаются. По тому, как рассеивались ядра, физики восстановили их форму. Кремний-28 оказался стабильно сплюснутым. А вот кремний-30 с двумя дополнительными нейтронами показал странность: описания с вытянутой, сплюснутой и даже сферической формой одинаково хорошо совпадали с данными.
Дальнейшие расчёты оболочечной модели подтвердили: у кремния-30 нет одной выделенной формы. Его основное состояние — смесь разных конфигураций, как будто ядро постоянно «мерцает» между вытянутым, сплюснутым и шарообразным видом. Это явление называют флуктуациями формы.
Такое поведение редко встречается у стабильных ядер. Обычно форма жёстко задана числом протонов и нейтронов. Но здесь, на границе между магическими числами, квантовые эффекты размывают геометрию. Кремний-30 становится кандидатом на роль ядра с «плавающей» формой в основном состоянии — и это открывает новое окно в понимание того, как устроена материя на субатомном уровне.
как её написали авторы, на английском arXiv:2602.06580
Quasi-elastic (QEL) scattering measurements have been performed using the $$^{28, 30}$$Si projectiles off the $$^{90}$$Zr target at energies around the Coulomb barrier. Coupled-channels (CC) calculations were carried out in a large parameter space of quadrupole and hexadecapole deformations for the N=Z, $$^{28}$$Si and N=Z+2, $$^{30}$$Si nuclei. $$^{28}$$Si at the N=Z line is observed to be uniquely oblate shaped in its ground state. In contrast, for $$^{30}$$Si with just two additional neutrons -- oblate, prolate, and spherical CC descriptions are equally compatible with the measurements. To further investigate the nuclear structure evolution with varying neutron number, shell-model calculations were performed. These calculations reveal a sudden change in the nuclear structure aspects at $$^{30}$$Si in going from $$^{28}$$Si to $$^{30}$$Si. Combined reaction and structure analyses consistently indicate that $$^{30}$$Si does not possess a well-defined intrinsic shape, and it is a potential candidate for ``shape fluctuations" in its ground state.
Кремний-28 и кремний-30 — изотопы одного элемента, но их ядра отличаются по форме сильнее, чем иные разные элементы. Два нейтрона меняют всё, как одна нота меняет мелодию.
В романе Грега Игана «Лестница Шильда» материя с нестабильной геометрией используется для создания экзотических конструкций — флуктуирующие ядра кремния-30 намекают на подобную физику.