Международная группа ученых, включая исследователей из Science Tokyo, разработала новую модель, которая с высокой точностью предсказывает, как именно рвутся ядра ртути-180 и ртути-190. Оказалось, что даже при высоких энергиях атомные ядра сохраняют «память» о своей структуре, что объясняет необычное распределение осколков — например, странный „двугорбый“ профиль у 180Hg.

Результаты опубликованы в издании Physical Review C.

Раньше физики хорошо изучили деление тяжелых элементов вроде урана, но ртуть ведет себя иначе. Вместо того чтобы раскалываться на примерно равные части, 180Hg предпочитает асимметричные осколки. Это противоречило многим теориям, и чтобы разобраться, команда создала пятимерную модель Ланжевена.

Модель Ланжевена — математический подход, который описывает, как система (например, ядро атома) случайным образом меняет свои параметры (форму, энергию) под действием внешних «толчков». В отличие от статических расчетов, она имитирует динамику процесса вплоть до финального разрыва.

В отличие от упрощенных расчетов, их подход учитывает, как ядро меняет форму вплоть до момента разрыва.

Обычные модели работают для урана, но не объясняют, что происходит с более легкими элементами, — говорит Тикако Ишизука, ведущий автор исследования.

Модель успешно воспроизвела экспериментальные данные для двух изотопов:

• 180Hg  (получен при столкновении аргона-36 и самария-144) — предсказан «двугорбый» разлет осколков.
• 190Hg  (аргон-36 + самарий-154) — рассчитаны энергия и масса фрагментов.

Ключевые находки:

• Оболочки ядра влияют на деление даже при энергиях 40–50 МэВ, хотя раньше считалось, что их эффект пропадает.
• Многоканальное деление  (когда ядро сначала теряет нейтроны, а потом рвется) слабо меняет распределение масс, но сильно снижает энергию осколков.

Наша модель поможет понять деление в ранее недоступных деталях, — заключает Ишизука.

Помимо фундаментального понимания ядерных процессов, эта работа может помочь:

• В ядерной энергетике — точные модели деления улучшат контроль над реакторами, особенно для альтернативных топливных циклов.
• В астрофизике — объяснение асимметричного деления ртути прольет свет на нуклеосинтез в звездах.
• В радиологии — прогнозирование выхода осколков важно для терапии рака тяжелыми ионами.

Модель не учитывает квантовые флуктуации на ранних стадиях деления, что может исказить результаты для сверхлегких ядер. Также пока нет экспериментальных данных для проверки предсказаний выше 50 МэВ.

Ранее ученые исследовали строение ядер химических элементов с помощью лазеров.