Физики измерили толщину нейтронной кожи ядра никеля
Физики нашли толщину нейтронного слоя на поверхности ядра никеля, сравнив зарядовые радиусы ядер 54Ni и 54Fe. Это значение связано с величиной энергии обменного взаимодействия в ядерной материи, поэтому и важно для понимания физики тяжелых атомных ядер и нейтронных звезд. Результаты эксперимента достаточно хорошо совпали с данными, полученными в предыдущих лабораторных экспериментах, и данными наблюдений за слиянием пары нейтронных звезд. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.
Нуклоны в ядрах атомов распределены неравномерно. Особенно сильно этот эффект проявляется для ядер, в которых число нейтронов существенно превышает число протонов. В этом случае на поверхности ядра образуется избыток нейтронов, который называется «нейтронной кожей». Толщина этого слоя составляет несколько десятых фемтометра. Радиус самого ядра — в несколько десятков раз больше. Например, для хорошо исследованного с помощью рассеяния поляризованных электронов ядра свинца 208Pb эти величины равны приблизительно 0,3 и 6,7 фемтометров, соответственно, а радиус нейтрона — 0,8 фемтометра.
Толщина нейтронной кожи связана с фундаментальным для ядерной физики параметром — величиной обменного вклада в энергию связи нуклонов в ядре. Существование этого вклада связано с тем, что нуклоны — это фермионы, поэтому два нуклона одного типа не могут занять одно и то же квантовое состояние. Поэтому если количество протонов и нейтронов в ядре разное и они занимают разное число энергетических уровней, то добавление в ядро нейтрона не эквивалентно добавлению протона. От величины обменного взаимодействия между нуклонами зависит форма и размер тяжелых ядер, в которых нейтронов существенно больше, чем протонов. Кроме того, оно влияет на вид уравнения состояния вещества нейтронной звезды.