Новый эксперимент показал образование протон-нейтронных пар в атоме

Международный коллектив ученых при участии группы физиков НИИЯФ МГУ провел новый эксперимент по изучению структуры атомного ядра. Исследователи наблюдали прямое выбивание электронами из ядер протонов и нейтронов, а также определяли импульс, которым выбиваемый нуклон обладал в ядре. Эксперимент показал, что высокоимпульсные нуклоны образуют в ядре коррелированные протон-нейтронные пары. Такой результат не укладывается в традиционные представления оболочечной модели ядра. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов. Протон и нейтрон имеют практически одинаковую массу, но различаются величиной электрического заряда. Протон заряжен положительно, а нейтрон не имеет электрического заряда. Ядерное взаимодействие не зависит от электрического заряда частицы, поэтому две эти частицы объединены одним словом — нуклон. При этом обычно предполагается, что свойства протонов и нейтронов в ядре совпадают со свойствами свободных протонов.

Однако исследования последних десятилетий в области ядерной физики опровергают этот тезис. Так, свободный протон является стабильной частицей, его время жизни больше 10^33 лет. Эта величина на много порядков превосходит время существования Вселенной, и все попытки обнаружить распад протона до сих пор оказались безуспешными. Нейтрон же ‒ частица нестабильная. Время его жизни вне атомного ядра составляет лишь 880,0 ± 0,9 секунд (чуть меньше четверти часа).

Различия в свойствах протонов и нейтронов обусловлены их кварковым составом. Учитывать кварковую структуру нуклонов необходимо также и при описании свойств атомных ядер: протоны и нейтроны, находящиеся на внутренних оболочках атомных ядер, имеют достаточно высокую энергию и сближаются так, что начинает сказываться их внутренняя структура.

Для более детального описания атомных ядер необходимо учитывать кварковую структуру нуклонов, образующих атомное ядро. Для изучения структуры атомных ядер была организована коллаборация, в которую входит 43 организации из 9 стран мира. От России в коллаборации участвуют сотрудники НИИЯФ МГУ и ИТЭФ. Новый эксперимент по изучению структуры атомного ядра выполнен в Лаборатории Томаса Джефферсона (США) при участии группы физиков НИИЯФ МГУ.

«В эксперименте наблюдалось прямое выбивание электронами из ядер не только протонов, но и нейтронов, и определялся импульс, которым выбиваемый нуклон обладал в ядре. Было показано, что, например, в ядре свинца, в котором число нейтронов (126) в полтора раза превышает число протонов (82), высокоимпульсных протонов и нейтронов одинаковое количество, как и в ядре углерода (6 протонов и 6 нейтронов). При этом низкоимпульсных нейтронов в ядре свинца, как и следовало ожидать, в полтора раза больше, чем протонов, а в ядре углерода их поровну, — пишет один из авторов исследования, главный научный сотрудник НИИЯФ МГУ, заведующий кафедрой общей ядерной физики МГУ Борис Ишханов. — Это означает, что высокоимпульсные нуклоны образуют в ядре коррелированные протон-нейтронные пары. Данный результат, не укладывающийся в рамки традиционных представлений об оболочечной модели ядра, меняет наши представления о внутренней области ядер и стимулирует исследовать влияние кварковой структуры нуклонов на ядерные свойства».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.