日本の物理学者は、元素を作るのに必要な 20 個の陽子をそれぞれが含む、これまでに見られた中で最も重いカルシウム原子核を爆発させましたが、中性子の数は 40 個と膨大です。これは、カルシウムの最も一般的な形態の 2 倍の中性子であり、以前の記録よりも数倍多い.この発見は、これまで考えられていたよりも多くの中性子を原子核に詰め込むことが可能であり、中性子星の理論に影響を与える可能性があることを示唆しています。
「これは確かに重要で興味深い発見です」と、アテネのオハイオ大学の理論核物理学者であるダニエル・フィリップスは言います。物理学者の核構造モデルは、陽子と中性子の数がほぼ等しいより一般的な原子核に合わせて調整されており、科学者は、陽子と中性子の比率がより偏った原子核にモデルを外挿する際に、それらの理論がどれだけ誤りがあるかを知る必要があると彼は言います。 /P>
原子核は、陽子と中性子が核の強い力によって結合したものです。陽子の数は、化学元素としての原子のアイデンティティを決定します。中性子の数によって、その元素の同位体が決まります。教科書では原子核は非常に多くの陽子と中性子がガムドロップのようにくっついた形で描かれることがよくありますが、実際の原子核ははるかに複雑です。離散粒子でできていますが、平均的な核は、表面張力を持つ流体の液滴のように機能します。しかし同時に、原子核は抽象的な量子エネルギー殻を持っており、それらの殻を満たす陽子または中性子の魔法数を持っている場合、より緊密に結合することができます — より大きなスケールでは、原子が殻を満たすとより不活性になるのと同じように電子の。さらに、陽子と中性子は一時的なペアとトリオを形成し、原子核の特性と安定性も変化させます。
理論家は、さまざまなモデルを使用して、これらの競合する動作を説明します。比較的軽い原子核の場合、ab initio モデルは個々の陽子と中性子の相互作用に正面から取り組みます。しかし、そのようなモデルはより重い原子核では機能しなくなるため、理論家は陽子と中性子の分布を連続変数として扱う「密度汎関数」に基づくより近似的なモデルを採用しています。そのような数十のモデルは、原子核に付着する中性子の数などの基本的な事項について意見が一致しない可能性があります。これは、物理学者がしばしば格子状のチャートで視覚化する限界です。縦軸に陽子の数、横軸に中性子の数を示すグラフでは、既知の原子核と予測された原子核がピクルス状のスワスを形成し、その下の境界は「中性子ドリップ ライン」を示します:中性子の最大数核が保持できます。物理学者はドリップ ラインがどこにあるか正確には知りません。
現在、和光にある日本の理化学研究所とイースト ランシングにあるミシガン州立大学 (MSU) の 30 人のメンバーからなるチームが、多くの理論が予測するよりもドリップ ラインが遠く離れていることを示唆する新しい中性子が豊富な原子核のバッチを生成した、と彼らは先週報告したin フィジカル レビュー レター . MSU の実験者である Alexandra Gade は、陽子の魔法の数が既にカルシウムに強い結合を吹き込んでいるため、チームはカルシウムの近くを探しました.
理研の放射性同位体ビーム工場を使用して、研究者はベリリウム ターゲットを通してそれらのビームを発射することによって重い亜鉛原子核を引き裂きました。次に、非常に精密な磁気分離器を使用して、残骸に含まれる膨大な数の原子核を選別しました。合計で、チームはそれぞれ 39 と 40 の中性子を持つカルシウム 59 とカルシウム 60 を含む 8 つの新しい中性子が豊富な原子核を生成しました。 2 つのカルシウム 60 原子核を生成するために、研究者は 200 京の亜鉛原子核をターゲットに撃ち込む必要がありました。
新しい結果は、カルシウム-60 が存在しないはずであると一般に予測している ab initio モデルを台無しにしているように見えます。実際、このデータは、さらに多くの中性子を使ってカルシウム核を作ることが可能かもしれないことを示唆している、と Gade は言う。研究者が比較した 35 のモデルのうち、すべての新しいデータに最もよく適合する 2 つのモデルは、カルシウム同位体がカルシウム 70 まで存在すると予測し、これにはなんと 50 の中性子があります。
Gade 氏は、ドリップ ラインについて一概に一般化しないように警告しています。しかし、フィリップス氏は、結果がドリップラインをより適切に抑制し、実験者が単にそれを感じる必要がなくなることを望んでいる. 「要素ごとに進むという問題ではないことを願っています」と彼は言います。その基本的な重要性に加えて、ドリップ ラインの位置は中性子星の天体物理学に影響を与える可能性があります。たとえば、これらの星の残骸の地殻におけるプロセスは、中性子が豊富な原子核をドリップ ラインに直接生成すると考えられているため、信じられないほど密度の高い星の正確な特性と構造は、ドリップ ラインの詳細に依存する可能性があると Gade は言います。
実験者は、カルシウムのさらに重い同位体を見つけ、特性を研究するのに十分な量の核を作ることも望んでいます.このような研究は、MSU が新しい 7 億 3000 万ドルの加速器である希少同位体ビーム施設 (FRIB) を完成させた 2022 年に容易になる可能性があり、これは理研のマシンよりもさらに強力になります。 「計算を調べたところ、[FRIB で] カルシウム 68 とカルシウム 70 を確認できるはずです」と Gade 氏は言います。
