Форма ядра ксенона-129: от загадки к подтверждённой модели экспресс

Оригинал: "Yoctosecond imaging of the ground state of $$^{129}$$Xe at the Large Hadron Collider"
arXiv:2606.03993 · 2026-06-02 · CC BY 4.0 · 1 мин
Физики впервые надежно установили: ядро ксенона-129 — не шар, а фигура, вытянутая сразу в трёх направлениях, словно картофелина.

Ядра атомов далеко не всегда напоминают бильярдные шары — эту аналогию мы используем лишь для простоты. В реальности одни ядра вытянуты подобно сигарам, другие сплюснуты, как диски. А у ксенона-129 форма оказалась похожей на картофелину — это бугристый трёхосный эллипсоид, то есть фигура, у которой все три оси имеют разную длину. Чтобы определить такую сложную геометрию, физики применили метод, напоминающий столкновение двух лепёшек из теста: ядра разгоняют до световых скоростей и сталкивают, а затем по разлёту осколков восстанавливают исходную форму — подобно тому, как по брызгам теста можно судить о форме лепёшек до удара.

Используя данные Большого адронного коллайдера и хитроумные математические методы учёта неопределённостей (статистический анализ, позволяющий отделить сигнал от шума), команда выяснила: ядро ксенона вытянуто сразу в трёх направлениях почти максимально сильно. Этот результат неожиданно совпал с предсказаниями квантовых расчётов, что подтверждает правильность Стандартной модели — фундаментальной теории, описывающей элементарные частицы и их взаимодействия. Самое удивительное — такое ядро не просто покоится, а постоянно кувыркается, вращаясь вокруг нескольких осей, подобно запутанному волчку (эта аналогия упрощает реальное квантовое вращение, которое гораздо сложнее). Это вращение порождает причудливую картину излучения, которую теперь можно уловить в экспериментах.

Таким образом коллайдер превращается в подобие спектроскопа — прибора, традиционно используемого для анализа излучения вещества. Рост беспорядка, то есть энтропии, при столкновениях здесь неизбежен, но это плата за уникальную информацию о структуре ядра. Сама идея зондирования микрообъектов через столкновения восходит к Резерфорду и его последователям Ферми и Бете.

Трёхосные ядра, подобно квантовым волчкам, кувыркаются в пространстве, вращаясь сразу вокруг нескольких осей. Это создаёт замысловатый рисунок их излучения.

Учёные
Emmy NoetherBernhard RiemannJoseph WeberKarl SchwarzschildKip ThorneRainer Weiss
Понятия
ядерное столкновение большой адронный коллайдер электрон-ионный коллайдер трёхфотонная запутанность дейтрон столкновение тяжёлых ионов детектор ALICE квантовая хромодинамика расчёт структуры протона нуклон связь аксиона с фотоном атом гелия детектор BESIII обнаружение квантовых корреляций процессы распада кварков томография нейтронная корка задача трёх тел обнаружение аксионов нейтронными звёздами коллайдер