Физики Чжиган Сяо и Ицзе Ван с командой обнаружили любопытный эффект в столкновениях тяжелых ионов: если система быстро вращается, избыток нейтронов «выталкивается» перпендикулярно плоскости деления. Это явление — изоспиновая миграция — помогло уточнить свойства симметрийной энергии ядерной материи, которая определяет, как ведут себя нейтроны и протоны в экстремальных условиях.

Изоспиновая миграция — процесс, при котором частицы с избытком нейтронов (например, ядра дейтерия) преимущественно движутся в определенном направлении в системе с высокой угловой скоростью. Это явление связано с тем, что вращение «сортирует» нуклоны по их изоспину (квантовому числу, условно разделяющему нейтроны и протоны).

Чтобы изучать такие процессы, группа за десять лет создала детектор CSHINE — компактный спектрометр, который ловит заряженные частицы, осколки деления, фотоны и нейтроны. Его точность позволила впервые увидеть, как распределяются частицы с разным содержанием нейтронов в быстро вращающейся системе. Ученые анализировали события, где одновременно рождались одна легкая частица и два осколка деления, и заметили асимметрию: нейтроноизбыточные частицы чаще вылетали «вбок» от плоскости деления.

Результаты опубликованы в издании Nuclear Science and Techniques.

Понимание изоспиновой динамики приближает нас к разгадке процессов в нейтронных звездах, где вещество сжато до невероятных плотностей, или в сверхновых, где идут ядерные реакции с гигантским выделением энергии. Даже в ядерной энергетике такие данные могут помочь — например, в расчетах новых типов реакторов.

Теперь команда планирует выяснить, как начальные параметры сталкивающихся ионов влияют на изоспиновые эффекты. Это может перевернуть представления о поведении ядерной материи.

Польза исследования

• Астрофизика: поможет точнее моделировать коллапс нейтронных звезд и синтез элементов в сверхновых.
• Энергетика: даст данные для расчетов реакторов на быстрых нейтронах или термоядерных установок.
• Фундаментальная наука: проверит пределы применимости современных ядерных моделей.

Исследование опирается на косвенные методы: изоспиновую миграцию реконструируют по вторичным частицам, а не наблюдают напрямую. Это может внести систематические ошибки, особенно если детектор CSHINE не полностью исключает фоновые события.

Ранее российские ученые разработали концепцию для исследования сверхплотной ядерной материи.