Tính hai-lần số Magic của hạt nhân 78Ni

Theo mô hình Mẫu vỏ, proton và nơ-tron trong hạt nhân được sắp xếp, chiếm đóng trên các quỹ đạo riêng giống như cách sắp xếp của các electron trong phân tử. Hạt nhân được gọi là “Magic” khi số proton hoặc nơ-tron vừa đủ để lấp đầy số lượng quỹ đạo nhất định, gọi là một lớp vỏ. Số Magic này là 2, 8, 20, 28, 50, 82 và 126. Khi đó hạt nhân sẽ bền vững, có dạng hình cầu và phổ biến trong tự nhiên. Hạt nhân có hai-lần số Magic khi có cả số proton và nơ tron là một trong các số trên. Chúng thậm chí còn bền vững hơn nhiều.

Mẫu vỏ (Shell-model) đã được chứng minh và coi như “xương sống” để giải thích cấu trúc của các hạt nhân bền. Gần đây, với sự phát triển của Máy gia tốc giúp tạo ra các hạt nhân không bền có chênh lệch proton/nơ-tron lớn, còn được gọi là hạt nhân giàu proton hoặc giàu nơ-tron, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng có sự điều chỉnh của lớp vỏ trong các hạt nhân này. Đây chính là thách thức đối với Mẫu vỏ.

Hạt nhân ⁷⁸Ni có số proton là 28, số nơ-tron 50, nhiều hơn 14 nơ-tron so với đồng vị bền nặng nhất của Nikel là ⁶⁴Ni. Thí nghiệm cho thấy năng lượng kích thích đầu tiên của ⁷⁸Ni là 2.6 MeV, chứng tỏ tính bền vững của hạt nhân này. Một mức kích thích khác được ghi nhận có năng lượng 2.9 MeV, khác biệt không nhiều so với mức kích thích đầu tiên, tương ứng với trường hợp biến dạng, một hiện tượng rất phổ biết trong các hạt nhân không bền. Đã có nhiều nghiên cứu lý thuyết dự đoán tính hai-lần số Magic của hạt nhân ⁷⁸Ni. Tuy nhiên, đây mới là lần đầu tiên thực nghiệm trực tiếp xác nhận điều này. Kết quả đóng góp quan trọng trong nghiên cứu cấu trúc hạt nhân và là sự kiểm chứng cho mô hình Mẫu vỏ.

Thí nghiệm được tiến hành tại Viện Nghiên cứu Hóa Lý RIKEN, Nhật Bản.

Chi tiết được đăng tại https://www.nature.com/articles/s41586-019-1155-x.