———완벽하게 균형 잡힌 원자가 핵물리학의 가장 큰 규칙 중 하나를 깨뜨렸습니다.

지금까지 알려진 모든 사례는 매우 불안정하고 중성자가 풍부한 핵에서 발생했습니다. 예를 들면 베릴륨-12(N = 8), 마그네슘-32(N = 20), 크롬-64(N = 40). 이 모든 것들은 자연에서 흔히 발견되는 안정된 원소들과는 거리가 멀습니다.

과학자들이 놀라운 핵섬을 발견하다

국제 연구팀의 새로운 연구에서 예상치 못한 사실이 밝혀졌습니다. 희귀 핵 연구 센터, 기초 과학 연구소(IBS), 파도바 대학교, 미시간 주립 대학교, 스트라스부르 대학교 및 기타 여러 기관의 과학자들이 아무도 예상하지 못한 장소에서 반전 섬을 확인했습니다.

새로 발견된 영역은 중성자 무거운 핵에 나타나는 대신 핵 차트의 가장 대칭적인 부분 중 하나에 존재합니다. 이 영역에서는 양성자와 중성자의 수가 동일합니다.

희귀 몰리브덴 동위원소 연구

연구진은 두 가지 몰리브덴 동위원소인 몰리브덴-84(지 = N = 42) 및 몰리브덴-86(지 = 42, N = 44). 둘 다 옆에 누워있다. N = 지 핵물리학에서 특히 중요한 선입니다. 그러나 이러한 동위원소는 실험실 실험에서 생성하기가 어렵기 때문에 연구하기가 매우 어렵습니다.

미시간 주립대학교의 희귀 동위원소 빔과 매우 민감한 감마선 검출기를 사용하여 연구팀은 여기된 핵 상태의 수명을 피코초 단위의 정밀도로 측정했습니다.

필요한 빔을 생성하기 위해 과학자들은 Mo-92 이온을 가속하고 이를 베릴륨 표적에 발사하여 빠르게 움직이는 Mo-86 핵을 생성했습니다. A1900 분리기는 충돌 중에 생성된 많은 입자에서 원하는 조각을 분리하는 데 사용되었습니다. Mo-86 빔은 두 번째 목표를 향해 발사되었습니다. 이 단계에서 일부 핵은 여기된 반면 다른 핵은 두 개의 중성자를 잃고 Mo-84로 변환되었습니다.

이 핵은 가장 낮은 에너지 상태로 돌아가면서 내부 구조에 대한 단서를 제공하는 감마선을 방출했습니다.

감마선 측정으로 핵 구조 밝혀져

방출된 감마선은 개별 감마선 상호작용을 추적할 수 있는 고해상도 게르마늄 검출기 어레이인 GRETINA를 사용하여 검출되었습니다. 과학자들은 또한 1조분의 1초에 불과한 극히 짧은 수명을 측정하도록 설계된 장비인 TRIPLEX를 사용했습니다.

연구원들은 측정값을 GEANT4 Monte Carlo 시뮬레이션과 비교했습니다. 이를 통해 그들은 첫 번째 여기된 핵 상태의 수명을 결정하고 핵이 구형에서 얼마나 왜곡되었는지 추정할 수 있었습니다.

Mo-84와 Mo-86의 극적인 차이점

결과는 두 동위원소 사이의 현저한 대조를 보여주었습니다. Mo-84와 Mo-86은 중성자 2개만 다르지만 동작은 매우 다릅니다.

Mo-84는 비정상적으로 많은 양의 집단 움직임을 보여줍니다. 이는 많은 양성자와 중성자가 주요 껍질 간격을 통해 함께 이동한다는 것을 의미합니다. 핵 물리학자들은 이 현상을 “입자 구멍 여기”라고 설명합니다. 이 과정에서 일부 핵자는 더 높은 에너지 궤도로 점프하여 입자가 되고, 낮은 에너지 궤도에는 빈 공간이나 구멍을 남깁니다.

많은 핵자가 이러한 조정된 전이에 참여할 때 핵은 강하게 변형됩니다.

입자 구멍 여기 및 핵 변형

상세한 이론적 계산은 왜 두 동위원소가 그렇게 다르게 행동하는지 설명하는 데 도움이 되었습니다. Mo-84에서는 양성자와 중성자가 동시에 매우 큰 입자 구멍 여기를 겪습니다. 실제로 핵은 8개 입자, 8개 구멍 재배열을 효과적으로 경험합니다. 이러한 광범위한 재구성으로 인해 매우 변형된 핵 모양이 생성됩니다.

효과는 양성자 중성자 대칭과 쉘 간격의 축소 사이의 상호작용에서 발생합니다. N = 지 = 40. 이 조합은 많은 핵자가 동시에 간격을 건너뛰는 것을 더 쉽게 만듭니다.

연구진은 또한 세 가지 핵력을 고려하지 않고는 이러한 결과를 재현할 수 없다는 사실도 발견했습니다. 이러한 상호작용에서는 세 개의 핵자가 동시에 서로 영향을 미칩니다. 전통적인 두 개의 핵자 상호작용만을 포함하는 모델은 관찰된 구조를 생성하지 못합니다.

새로운 형태의 반전섬

Mo-86은 상당히 다르게 동작합니다. 이는 보다 적당한 4p-4h 여기를 나타내므로 훨씬 덜 변형된 상태로 유지됩니다.

종합해 보면, 연구 결과에 따르면 Mo-84는 새로 확인된 “역전섬” 내부에 있고 Mo-86은 이 지역 외부에 있는 것으로 나타났습니다.

이번에 새로 발견된 “아이소스핀 대칭 역전섬”은 N = 지 핵 Mo-84는 양성자 중성자 대칭 시스템에서 반전섬의 첫 번째 알려진 예를 나타냅니다. 이번 발견은 이러한 특이한 핵 지역이 어디에서 형성될 수 있는지에 대한 오랜 가정에 도전하고 원자핵을 함께 묶는 근본적인 힘에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.