Protože atomové jádro bylo první navrženo v roce 1911Fyzici jednoduše předpokládali, že je kulatý.
Ale jsou jádra atomů opravdu kulatá? Intuitivně tento tvar dává smysl a fyziky věřili, že výstižně vysvětlil včasná měření jaderných vlastností. Až o několik let později se začal objevovat první důkaz složitějšího obrazu.
Nejprve prozkoumejme architekturu atomu. Nucleus, vytvořený ze shluku protonů a neutronů ve středu atomu, je 10 000krát menší než atom jako celek, „jako moucha v katedrále,“ řekl David JenkinsJádro, jaderný fyzik na University of York ve Velké Británii, přestože obsahuje drtivou většinu hmoty atomu, má samotné jádro na první pohled velmi malý dopad na vlastnosti atomu. Chemie atomu je určena konfigurací elektronů, zatímco jakékoli fyzikální vlastnosti vyplývají z toho, jak interaguje s jinými atomy.
Paralelní s myšlenkou elektronových skořápek v atomové fyzice, v roce 1949 navrhli vědci model jaderné skořápky: Protony a neutrony sedí v odlišných jaderných skořápkách a další vstup energie může tyto částice vzrušit, aby vyskočily nahoru a dolů mezi pevnou energií.
„Ale později se ukázalo, že většina chování v jádrech byla popsána tím, co nazýváte kolektivním chováním – funguje to jako jeden souvislý objekt,“ řekla Jenkins Live Science. Výsledkem je, že jádro jako celek pak může projevit dva typy vlastností: může se otáčet nebo může vibrovat.
Související: Kde dostávají elektrony energii, aby se točily kolem jádra atomu?
Spektroskopické metody mohou tuto rotaci detekovat ve většině molekul a měřit otisek prstu různých hladin rotační energie. Ale sférické objekty vypadají stejně jakoukoli směr, které jsou otočeny, takže symetrické systémy – jako atomy – Negenerujte spektrum.
„Jediným způsobem, jak můžete vidět důkaz rotace v jádrech, je, pokud je jádro deformováno,“ vysvětlil Jenkins. „A lidé viděli, že jádro má vzory excitace známé jako rotační pásy, takže to poukazovalo na deformaci jádra.“
Od tohoto úžasného objevu v padesátých letech, cílené experimenty odhalily řadu jaderných tvarů, od hrušky Pro M & MS – a kolo je velmi výjimkou a nikoli pravidlem. Asi 90% jádra je tvarováno jako americký fotbal-technicky nazývaný „prolate deformovaný“-v jejich nejnižší energetickém stavu, přičemž překvapivě jen málo přijímá opačného sféry, podobného tvaru M&M, nazývané deformovaný obbal.
„Nevíme, proč se tento tvar prolate jeví jako příznivější než tvar oblady,“ řekla Jenkins. „Některá jádra mají také několik tvarů, aby mohly vystavit jeden v základním stavu, a pak do nich vložíte nějakou energii a deformují se do jiného tvaru.“
Exotičtější jádro ve tvaru hrušky je omezeno na určité oblasti jaderného grafu, zejména kolem radium, zatímco sférická jádra jsou obecně omezena na atomy s „magickými“ čísly (nebo plnými skořápkami) jaderných částic. Ale co způsobuje deformaci?
„Je to intuitivní, že základní tvar objektu, který není nadšený, kolísání nebo natahování, by mělo být kulovité,“ řekl Paul StevensonJaderný fyzik na University of Surrey ve Velké Británii „ale ve skutečnosti v případě jádra je překvapivé, že kterýkoli z nich je sférický, protože dodržují zákony kvantové mechaniky“.
The Schrödingerova rovnice – Jeden z nejzákladnějších principů v Kvantová mechanika – Matematicky předpovídá, jak se funkce vln objektu v průběhu času změní, což v podstatě poskytuje prostředky k odhadu možného pohybu a polohy tohoto objektu. Řešení tohoto pro atomové jádro proto poskytuje oblak pravděpodobnosti pro všechna možná místa, která by mohla být, což dohromady dává jaderný tvar.
„Základní řešení Schrödingerovy rovnice nevypadají sféricky – tyto tvary dostanete takové typ kruhu, ale pak začnou mávat,“ vysvětlil Stevenson. „Takže protože tato roztoky kvantové vlnové funkce mají sami asymetrii, činí to, že částice v jádru mají pravděpodobnost, že budou ukazovat v jednom směru.“
U vzácných sférických jádra se tato zvlnění právě zruší. Vědci však zatím nechápou důvod – nebo pokud existuje dokonce jeden – proč jsou některé z těchto deformovaných tvarů mnohem běžnější než jiné.
„To je převrácení odkazu,“ řekla Jenkins. „Je to úplný obrácení od toho, jak lidé původně vnímali jádra, a stále existuje mnoho otevřených otázek.“
