Атомное ядро — не просто мешанина из протонов и нейтронов. Частицы внутри него выстраиваются слоями, как зрители на стадионе: нижние ряды заполнены, и каждый следующий протон или нейтрон ищет место на ярусе повыше. Когда ряд заполнен до конца, ядро становится особенно устойчивым — физики называют это магическим числом.
Особый интерес вызывает ядро олова-140 — у него на 8 нейтронов больше, чем у дважды магического олова-132. Теоретики давно спорят: образуется ли там замкнутая нейтронная подоболочка? Авторы работы провели расчёт из первых принципов, то есть исходя из самых основ взаимодействия частиц, без подгоночных параметров. Они взяли взаимодействие, которое уже хорошо показало себя на других магических ядрах, и проверили его на олове-133 — всё сошлось.
Затем учёные сделали смелое предположение: пусть в олове-140 нейтронная подоболочка замкнута. Исходя из этого, они вычислили энергию первого возбуждённого состояния ядра — того самого момента, когда ядро получает порцию энергии и один из нейтронов перескакивает на более высокий уровень. Если оболочка действительно замкнута, этот скачок требует много энергии — как прыжок через широкую ступеньку. Но расчёт показал обратное: энергия получилась маленькой. Ступенька оказалась узкой, а значит, и замкнутой подоболочки там нет. Спор разрешён: олово-140 не прячет внутри себя магический каркас.
Олово — рекордсмен по числу стабильных изотопов: у него их целых десять, от олова-112 до олова-124.