Эксперименты с экзотическими ядрами

    На рис. 5.1 схематически показаны основные направления исследований с помощью радиоактивных пучков.

Рис. 5.1. Основные направления исследований с помощью радиоактивных пучков

    Основная цель исследований в области ядерной физики состоит в изучении природы взаимодействия системы конечного числа нуклонов, понимании того, как соотносятся силы взаимодействия между нуклонами с более фундаментальными взаимодействиями, как отличаются свойства и взаимодействия свободных нуклонов и нуклонов в ядерной среде. Одним из первых замечательных открытий было обнаружение некоторых регулярностей в поведении атомных ядер - магических чисел, получивших достаточно адекватное описание в модели оболочек. Другим открытием было обнаружение сил спаривания. Одним из проявлений сил спаривания является нулевой спин основных состояний у всех четно-четных ядер. Значительное расширение числа изотопов, которые стали в настоящее время доступны для экспериментальных исследований, за счет ядер, удаленных от долины стабильности, позволяет не только более детально исследовать те явления, которые уже были обнаружены ранее, но и изучать новые явления, проявляющиеся в ядрах, находящихся в экстремальных условиях. Ядра, удаленные от долины стабильности, имеют другое среднее поле, обусловленное интерференцией кулоновского и ядерного взаимодействий.

Ответы на какие вопросы мы ожидаем получить, изучая экзотические ядра?

1. Какова область существования атомных ядер? С этой целью исследуются наиболее тяжелые из полученных в настоящее время сверхтяжелых ядер. Исследуются ядра вблизи границ энергий отделения протона B_p = 0 и нейтрона B_n = 0. Исследование атомных ядер вблизи этих границ позволяет ответить на вопрос - существуют ли компактные области устойчивых ядер вне этих границ и каковы возможные причины существования таких областей.
2. Существуют ли в области экзотических ядер те же самые магические числа, как и для ядер долины стабильности? Ответ на этот вопрос особенно важен, т.к. позволит получить дополнительную информацию о форме атомных ядер и, в частности, о супердеформированных ядрах в основном состоянии. До сих пор супердеформированнные ядра были обнаружены лишь в возбужденных состояниях. Для экзотических ядер возможно появление новых магических чисел, обусловленное сильно деформированными состояниями.
3. Как меняются свойства атомных ядер в том случае, когда соотношение между числом нейтронов и протонов отличается от равновесных значений для ядер долины стабильности? В настоящее время твердо установлено существование нейтронного гало и нейтронного слоя у легких нейтроноизбыточных ядер. Это породило, в свою очередь, дополнительные вопросы

• Насколько это свойство расслоения протонной и нейтронной материй может проявиться в экзотических ядрах с сильно неравновесным отношением N/Z?
• Каково распределение масс и зарядов в экзотических ядрах?
• Меняется ли величина спин-орбитального взаимодействия с изменением величины N/Z?
• Существует ли состояние нейтронного гало в возбужденных состояниях ядер?
• Существуют ли эффекты кластеризации ядерных состояний в области малой нейтронной плотности?
• Какую форму имеют атомные ядра в областях с различными значениями N/Z?

4. Какие качественно новые явления ожидаются при распаде экзотических ядер? Если основными модами радиоактивного распада ядер вблизи долины β-стабильности являются α- и -распады, то при приближении к границам нуклонной стабильности драматически меняется энергия Ферми для протонов и нейтронов. Вследствие этого появляются новые моды распада - испускание запаздывающих нейтронов, протонов, дейтронов, тритонов и испускание двух и трех нейтронов из возбужденных состояний ядер, образующихся в результате предшествующего β-распада.
5. Как изменятся наши представления об эволюции Вселенной с появлением новой информации о свойствах экзотических ядер? Исследование свойств нейтронноизбыточных ядер должно существенно расширить наше понимание динамики r-процесса нуклеосинтеза.