Đảo đảo ngược: Các nhà vật lý chỉ ra đường biên, nơi mô hình vỏ hạt nhân bị phá vỡ

Một thực nghiệm được thực hiện tại cơ sở nghiên cứu ISOLDE của CERN đã xác định được đường biên phía tây của một hòn đảo nhỏ của hạt nhân nguyên tử, nơi các quy tắc hạt nhân thông tường bị phá vỡ.

Các hạt nhân nguyên tử được khám phá từ hơn một thế kỷ trước nhưng vẫn còn nhiều câu hỏi về lực giúp giữ các proton và neutron tạo nên nó lại với nhau và cách các hạt đó được đóng gói lại bên trong hạt nhân nguyên tử.

Trong mô hình vỏ hạt nhân cổ điển, các proton và neutron sắp xếp chính mình trong các vỏ của năng lượng tăng dần, và các lớp vỏ hoàn toàn đầy các proton hoặc neutron dẫn đến các hạt nhân bền “kỳ diệu”. Nhưng mô hình này chỉ hoạt động với những hạt nhân có sự kết hợp đúng số proton và neutron. Chỉ cần sự kết hợp này sai thì mô hình sẽ bị phá vỡ.

Nhận diện được những vùng trên bản đồ hạt nhân, nơi sự phá vỡ này xuất hiện, đã thu hút tâm trí của các nhà vật lý hạt nhân trên toàn thế giới. Vậy mục tiêu của nó là gì? Để phát triển một mô hình có thể áp dụng vào tất cả các hạt nhân và dẫn đến hiểu biết sâu sắc hơn về cấu trúc nội tại của nó.

Trong một bài báo trên tạp chí Physical Review C, Louis Lalanne và cộng sự đã báo cáo dữ liệu từ ISOLDE ở CERN, cho phép họ xác định được đường biên phía tây của một vùng – “đảo đảo ngược” liên quan đến con số neutron bằng 40.

Đảo đảo ngược của neutron 40 là một trong số ít đảo các hạt nhân dị thường trên một biển  những hạt nhân ‘bình thường’ tại rìa biểu đồ hạt nhân giàu neutron. Trong những vùng thuộc đảo đó, trật tự thông thường của vỏ hạt nhân bị phá vỡ và neutron chiếm giữ các lớp vỏ nhiều hơn những hạt khác mà chúng ta mong chờ sẽ thấy. Lớp vỏ dị thường này khiến các hạt nhân đó có các hình dạng và đặc trưng khác thường so với những hạt nhân ở vùng lân cận.

Để khám phá đảo đảo ngược của neutron 40, Lalanne và cộng sự đã sử dụng ISOLDE, một cơ sở nghiên cứu độc đáo cho việc tạo ra và nghiên cứu hạt nhân có quá nhiều hoặc quá ít neutron để trở thành hạt nhân bền. Cụ thể, họ đã tạo ra và tìm hiểu hạt nhân chromium-61 còn ít được nghiên cứu, với 24 proton và 37 neutron, và được cho là nằm ở đúng đường biên phía tây của đảo đảo ngược neutron 40.

Sử dụng những đo đạc trên máy quang phổ ion hóa cộng hưởng tuyến tính của ISOLDE, cho phép nghiên cứu về các hạt nhân giàu neutron với độ chính xác cao, các nhà nghiên cứu đã xác định được hai đặc trưng của chromium-61 như spin và mô men lưỡng cực từ.

Kết hợp với các tính toán lý thuyết, các đo đạc đó chứng tỏ chromium-61 có một hình thế lấp đầy vỏ như dự kiến, nằm giữa các hạt nhân nằm ngoài đảo đảo ngược neutron 40 và hình thế dự kiến của các hạt nhân nằm bên trong đó – do đó xác định được đường biên phía tây của đảo đảo ngược neutron 40.

“Mục tiêu cuối cùng của chúng tôi là hiểu được cấu trúc hạt nhân đột sinh và tiến hóa khắp trong bức tranh hạt nhân”, Lalanne nói. “Các hòn đảo đảo ngược rất quan trọng vì chúng cho thấy những vùng tiến hóa nhanh có thể thách thức hiểu biết của chúng ta. Kết quả này giúp chúng ta xây dựng được một bức tranh rõ ràng hơn về cơ chế điều hướng tiến hóa này”.

Thanh Hương dịch từ CERN

Nguồn: https://home.cern/news/news/physics/isolde-investigates-island-inversion