main concepts scientists sections
ПростоПопулярноПодробно

Груша, у которой почти нет электрического заряда

Оригинал: "Independent Validation of Octupole Collectivity in radium-224 through lifetime measurements of low-lying negative-parity states"
· D. White, D. O'Donnell, A. Avaa, J. R. Murias, S. Murillo Morales, R. Umashankar, V. Vedia, C. Andreoiu, D. W. Annen, A. D. Ayangeakaa, G. C. Ball, V. Bildstein, M. Bowry, I. Dillmann, E. G. Fuakye, L. P. Gaffney, A. B. Garnsworthy, P. E. Garret, E. D. Geerlof, S. Georges, A. L. Grimes, G. F. Grinyer, G. Hackman, P. M. Jones, J. Liu, B. Olaizola, S. D. Olorunfunmi, F. Rowntree, N. K. Syeda, D. Shah, P. Spagnoletti, C. E. Svensson, F. Wu
arXiv:2609.07556v1 · 2026-09-07 · CC BY 4.0 · 2 мин
Экспериментальная ядерная физика
Ядро радия-224 формой напоминает грушу, но его внутренний электрический дипольный момент оказался в десятки раз меньше, чем ожидали для такой асимметрии.

Груша лежит на столе, и если бы у неё был электрический заряд, он собрался бы в одном её конце. Так устроены многие ядра: смещение протонов и нейтронов создаёт внутренний дипольный момент. Но у радия-224, который формой как раз напоминает грушу, этот момент почти равен нулю. Это как если бы у груши была идеально сбалансирована электрическая поляризация, несмотря на явную асимметрию формы.

Ядро радия-224 считалось эталоном октупольной деформации, то есть грушевидной формы. Но теоретические расчёты предсказывали, что его дипольный момент должен быть подавлен из-за почти полного сокращения двух вкладов: макроскопического, связанного с формой, и микроскопического, зависящего от движения отдельных нуклонов.

Чтобы проверить это, физики измерили, как быстро распадаются возбуждённые состояния ядра. На ускорителе TRIUMF в Канаде получали франций-224, который затем превращался в радий-224, испуская электрон и нейтрино. Возбуждённые состояния радия испускали гамма-кванты, и по задержке между ними определяли время жизни. Получилось 444 пикосекунды для состояния 1− и 460 пикосекунд для состояния 3−. Это в несколько раз точнее, чем предыдущие данные из кулоновского возбуждения.

Пикосекунда — это одна триллионная доля секунды. Если бы одна секунда растянулась до 30 000 лет, то пикосекунда была бы равна одному мгновению ока.

Из времён жизни вычислили вероятность электрических дипольных переходов. Внутренний дипольный момент оказался равным 0,032 элементарного заряда, умноженного на фемтометр. Это очень мало: у типичного грушевидного ядра он был бы в десятки раз больше. При этом соотношение вероятностей переходов из состояния 1− близко к значению 2, ожидаемому для жёсткого ротатора, но для перехода из состояния 3− оно заметно ниже. Это указывает на то, что сила дипольных переходов может зависеть от спина.

Теперь у теоретиков есть жёсткий ориентир. Модели, которые описывают энергии возбуждения, должны также воспроизводить тонкую компенсацию между протонами и нейтронами, определяющую силу дипольных переходов. Это важно для расчёта моментов Шиффа в грушевидных ядрах. А именно эти моменты усиливают чувствительность к нарушениям симметрии, которые ищут в экспериментах по поиску электрических дипольных моментов атомов. Груша с почти нулевым зарядом оказалась идеальным полигоном для проверки теорий.

Ядро 224Ra по форме напоминает грушу, но при этом его электрический дипольный момент почти равен нулю, хотя обычно грушевидные ядра обладают заметным дипольным моментом. Это как если бы у груши была идеально сбалансирована электрическая поляризация, несмотря на явную асимметрию формы.