Не так давно, исследователи из германского Технологического университета Мюнхена, возглавляемые Кристофом Хинке (Christoph Hinke), объявили о том, что им удалось искусственно создать ядро атома олова, насчитывающее 50 нейтронов и 50 протонов, а затем подробно разложить процесс его затухания, последовательного распада на ядра других элементов и элементарные частицы.
Так в чем же заключается двойственная “магическая” сущность изотопа олово-100? Во-первых, в равном количестве нуклонов (протонов и нейтронов), составляющих его условно симметричное ядро, придающее этому материалу ряд уникальных свойств и изучение которого может пролить свет на многие загадки и тайны области ядерной физики.
А для того, что бы понять вторую “магическую” сущность этого элемента, требуется привести некоторые пояснения. Ядра атомов не являются монолитными структурами, они состоят из слоев, в которых располагаются протоны и нейтроны, подобно электронам, которые создают электронные оболочки вокруг ядра атома. В самом первой ядерном слое могут находиться два нуклона, протона или нейтрона, в то время как следующий слой может состоять уже из шести нуклонов, и так далее. Когда в составе ядра насчитывается такое количество нуклонов, что все его слои заполнены до конца, атом вещества является весьма стабильным. Числа, соответствующие количеству нуклонов, полностью заполняющих атомные слои, ученые-физики называют “магическими”.
“Элементы, ядра которых содержат “магическое” количество протонов и нейтронов, имеют более сильные внутриатомные силы, чем их “немагические” изотопы” – рассказывают ученые. – “Особенный интерес для науки представляют ядра, содержащие равное количество протонов и нейтронов, сумма которых является “магическим” числом. В этих дважды “магических” ядрах содержится в два раза больше энергии, чем просто в “магических” ядрах”.
Олово-100 имеет равное количество нейтронов и протонов, общая сумма которых является “магическим” числом. По всей видимости, избыток энергии внутри ядра делает это ядро самым неустойчивым среди изотопов олова. “К сожалению, то, что делает ядро этого изотопа таким интересным с научной точки зрения, мешает его тщательному изучению. Мало того, что такой изотоп крайне тяжело получить, он, моментально распадаясь, не оставляет нам времени на изучение”.
Что бы получить атомы изотопа олово-100, ученые использовали ядра ксенона-124, содержащие 54 протона и 70 нейтронов. Они “разбивали их вдребезги” о поверхность бериллиевой мишени, в некоторых случаях “лишние” протоны и нейтроны покидали ядро, оставляя ядро с 50 протонами и 50 нейтронами, ядро олова-100. К сожалению, такой процесс неуправляем и непредсказуем, в общей сложности в мишень было послано около 1.2×10^15 ядер ксенона, а ядер олова-100 в результате было получено всего 259 единиц. Однако, во время всех предыдущих экспериментов, проводимых когда-либо ученым удалось получить всего несколько ядер олова-100, так что результат, полученный немецкими учеными, является существенным достижением.
Полученного учеными количества атомов олова-100 уже стало достаточно для изучения этого необычного вещества и точного измерения его периода полураспада, количества времени, в течении которого полностью разрушается точно половина атомов вещества данного вида.