Ученые измерили толщину нейтронной оболочки ядра свинца

Эксперименты, проведенные в Национальном ускорительном комплексе Министерства энергетики , позволили ученым точно измерить толщину нейтронной оболочки ядра свинца. Открытие имеет большое значения для изучения строения нейтронных звезд. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.
Ученые измерили толщину нейтронной оболочки ядра свинца

Фото: InScienceInScience

Ядро свинца состоит из 82 протонов и 126 нейтронов. Информация о том, как они распределены, необходима для понимания строения атомного ядра. Ранее было известно, что протоны находятся в сфере в середине ядра, а нейтроны образуют сферу с большим радиусом вокруг них. Теперь эксперименты на электронном ускорителе позволили ученым измерить толщину внешней нейтронной оболочки, равную 0,28 фемтометрам (10-15 м).

Видео дня

Нейтроны трудно измерить, так как они не имеют электрического заряда и их нельзя наблюдать через электромагнитное взаимодействие. Однако можно использовать другую фундаментальную силу — слабое взаимодействие. В экспериментах точно управляемый пучок электронов врезался в тонкий лист криогенно охлажденного свинца. Электроны взаимодействовали с протонами и нейтронами свинца посредством электромагнитного или слабого взаимодействия. Электромагнитное взаимодействие происходит вне зависимости от спина электрона, а слабое зависит от него. Используя асимметрию в рассеянии, можно определить силу взаимодействия и объем, занимаемый нейтронами.

Ученые выяснили, что радиус, занимаемый протонами в ядре, составляет около 5,5 фемтометров, а нейтронов — 5,8 фм, то есть толщина нейтронной оболочки составляет около 0,28 фм. Это число чуть больше, чем предполагалось ранее, то есть плотность внутри ядра оказалась немного ниже, что имеет большое значения для понимания физики и размеров нейтронных звезд. Это актуально в связи с недавними наблюдениями столкновений нейтронных звезд, проведенными гравитационно-волновой обсерваторией LIGO.

«Когда нейтронные звезды начинают вращаться вокруг друг друга, они излучают гравитационные волны, которые обнаруживает LIGO. Когда они сближаются за долю секунды, гравитационное притяжение одной нейтронной звезды вытягивает другую в форму, напоминающую мяч для американского футбола. Если нейтронная оболочка больше, то и форма будет другой, — рассказывает соавтор исследования, профессор Массачусетского университета в Амхерсте Кришна Кумар. — Эксперименты LIGO и наши эксперименты очень разные, однако они связаны уравнением состояния ядерной материи».