A CERN kutatói épp ezért most feltérképezték egy rejtélyes tartomány, az „inverziós sziget” peremét, ahol nem érvényesülnek az atommag szerkezetének ismert szabályai.

A CERN on-line izotópszétválasztó létesítményében (ISOLDE) dolgozó csapat meghatározta az N=40-hez köthető inverziós sziget nyugati határát. A nukleáris térkép ezen egzotikus zónájában a protonok és a neutronok már nem követik a legtöbb stabil atommagot jellemző, rendezett héjszerkezetet. A hagyományos héjmodell szerint a nukleonok meghatározott energiaszinteket – héjakat – töltenek be, és bizonyos „mágikus számok” különösen stabil elrendeződéseket eredményeznek. Néhány neutronban gazdag izotópnál azonban ez a hierarchia felborul. Így alakul ki az inverziós sziget: olyan atommagokkal, amelyekben váratlan héjkitöltések, torzult alak és a szomszédaiktól markánsan eltérő tulajdonságok jelennek meg.

Az ISOLDE csapatát a Francia Nemzeti Tudományos Kutatóközpont (CNRS) munkatársa, Louis Lalanne vezette; a vizsgálat fókuszában pedig a króm-61 állt, egy 24 protonból és 37 neutronból felépülő izotóp. Régóta sejtették, hogy a króm-61 a sziget széléhez közel helyezkedik el, most azonban egyértelművé vált: a króm-61 betonbiztos határjelző.

„A végső cél annak megértése, hogyan alakul ki és fejlődik a magszerkezet a nukleáris tájképen” – mondta Lalanne.

A kulcs az ISOLDE kollineáris rezonanciaionizációs spektroszkópia (CRIS) berendezése volt – a kevés olyan műszer egyike, amely képes feltárni az erősen neutrongazdag magok finom részleteit. A CRIS segítségével a kutatók nagy pontossággal megmérték a króm-61 két alapvető jellemzőjét – a spint és a mágneses dipólusmomentumot –, ami részletes képet adott a protonok és neutronok magbeli elrendeződéséről. A méréseket a legkorszerűbb elméleti számításokkal összevetve a csapat arra jutott, hogy a króm-61 hibrid konfigurációt mutat: részben a 40 neutronos szigeten kívüli magokra jellemző tulajdonságokat mutat, ugyanakkor a szigeten belüliekre utaló jeleket is hordoz.

Végül épp ez az átmeneti elrendeződés tette lehetővé, hogy a kutatók éles határvonalat húzzanak: a króm-61-nél a hagyományos héjrend már felbomlóban van – ez jelöli a sziget nyugati peremét.

„Az inverziós szigetek fontosak, mert a gyors szerkezetváltozás tartományait jelölik ki, és próbára teszik a megértésünket” – jegyezte meg Lalanne.

A határ ilyen pontos meghatározása szigorú korlátok közé szorítja a nukleáris modelleket, és szilárdabb alapot teremt annak feltárásához, hogyan hoznak létre a soktest-kölcsönhatások olyan gazdag szerkezeti változatosságot, amilyet a nuklidtérképen látunk.

(Kép: Az ISOLDE a CERN-en belül)