Вчені відкрили нестабільний ізотоп магнію, ядро якого складається з 12 протонів і 6 нейтронів. Енергія збудженого стану цього ядра виявилася більшою, ніж у ізотопу магнію з 8 нейтронами, яке має бути магічним. Дослідження опубліковано в.
Однією з основних моделей будови атомного ядра є оболонкова модель, в якій поведінка енергетичних рівнів нейтронів і протонів всередині нього аналогічна поведінці електронних рівнів енергії в атомі. Квантовий стан кожного нуклону характеризується енергією, моментом імпульсу, його проекцією на довільну координатну вісь, а також проекцією спину на цю вісь. Нуклони підкоряються статистиці Фермі - Дірака, а це означає, що певний квантовий стан може бути зайнятий тільки однією такою часткою. Завдяки цьому нейтрони і протони незалежно заповнюють оболонки, які характеризуються радіальним квантовим числом і повним моментом імпульсу нуклону, і коли чергова оболонка заповнюється, енергія зв'язку наступного нуклону в ядрі істотно знижується.
Ядра, в яких нейтрони або протони заповнюють ціле число оболонок, називаються магічними (або двічі магічними, якщо нуклонами зайняті як протонні, так і нейтронні оболонки). Завдяки великій різниці в енергіях зв'язку між магічними ядрами і ядрами з сусідніми Z і N, перші істотно більш стабільні. Передречені оболонковою моделлю числа протонів і нейтронів це Z, N = 2, 8, 20, 28, 50, 82 тощо. Ця модель, однак, не є абсолютно точною, і в деяких експериментах вчені спостерігали, що ядра з Z = 20 і N = 28 не магічні, а особливою стабільністю відрізняються ядра з Z = 14, 16 і N = 32, 34, відповідно.
Ще одне порушення магічного правила було знайдено групою фізиків з Китаю і США під керівництвом Кайла Брауна (Kyle Brown) з Університету штату Мічиган, які відкрили невідомий раніше ізотоп магнію в Циклотронній лабораторії цього університету. Вчені стикали пучки іонів стабільного ізотопу магнію 24Mg, які розганялися в циклотроні приблизно до половини швидкості світла, що відповідає енергії 170 мегаелектронвольт на нуклон, з мішенню, що являла собою берилієву фольгу. При зіткненні народжувалися більш легкі ізотопи, з яких за допомогою фрагмент-сепаратора виділявся пучок ізотопів 20Mg з енергією 103 мегаелектронвольти на нуклон. Цей пучок потім зазнав зіткнення з другою берилієвою мішенню, що знаходиться приблизно в 30 метрах від першої мішені, при якому з 20Mg вибивалися два нейтрони, і магній перетворювався на новий ізотоп 18Mg.
Цей ізотоп виявився дуже короткоживучим, і його ядра розпадалися всередині берилієвої мішені на два протони і неон 16Ne, який потім розпадався на кисень 14O і ще два протони. Розпад 18Mg ^ 14O + 4 є всього другим зареєстрованим розпадом ядра, серед продуктів якого є чотири протони. По енергії продуктів розпаду ядра нового ізотопу вчені визначили енергію його зв'язку, для якої вони знайшли два значення, і інтерпретували їх як енергії зв'язку основного і збудженого станів зі спином 2. Ці енергії виявилися рівними 4,865 в 0,034 і 6,71 0,14 мегаелектронвольту, відповідно. Вчені також змогли виміряти «ширини» обох станів, які пов'язані з часом їх життя, але з істотно нижчою точністю: для основного і збудженого станів знайдені фізиками значення цих величин дорівнюють 115 100 і 266 150 кілоелектронвольт, відповідно. Частинки з такими ширинами живуть секстільйонні частки секунди.
Дуже важливою властивістю нового ізотопу магнію, що має в своєму складі 6 нейтронів, виявилося те, що різниця між енергіями зв'язку основного і збудженого станів його ядра більше, ніж для ізотопу, що включає 8 нейтронів, ядро якого має бути магічним, згідно оболонкової моделі. Вчені розраховують, що майбутні експерименти з ізотопами кремнію, ядро якого складається з 14 протонів, дозволять визначити, чи є порушення магічності для магнію унікальним для ядер такого розміру чи ні.
Раніше ми розповідали про те, як вчені довели подвійну магічність ядер нікелю-78 і олова-132.