# Китайский ускоритель HIAF поймал неуловимый гафний‑153 за десять дней работы
Новый китайский ускорительный комплекс HIAF только приступил к пробным запускам, а уже принёс результат, которого физики ждали десятилетиями. Международная коллаборация зафиксировала в спектрометрическом кольце SRing десять ядер изотопа гафний‑153 — нуклида, который до сих пор числился в списке предсказанных, но никем по‑настоящему не обнаруженных. Предыдущая попытка наблюдения в 2000 году так и не получила подтверждения в рецензируемых журналах, и теперь пробел закрыт сразу двумя независимыми группами — параллельно те же ядра зарегистрировали на японской установке RIBF в институте RIKEN.
Схема эксперимента выглядела следующим образом: пучок ионов висмута‑209 разгоняли в кольце BRing до энергии 836,66 МэВ на нуклон при интенсивности около 10¹⁰ частиц за импульс, после чего направляли на графитовую мишень. Среди множества осколков рождались редчайшие ядра гафния‑153 — сечение реакции оценили задним числом примерно в один пикобарн, то есть одна успешная встреча приходится на тысячу миллиардов столкновений. Вычленить эти единичные события из общего потока удалось благодаря связке сепаратора HIRIBL и накопительного кольца SRing, работающего в изохронном режиме: время оборота иона в таком кольце зависит исключительно от его массы, а не от скорости, что даёт разрешение до одной десятитысячной процента и позволяет соседним изотопам расходиться в спектре на десятки стандартных отклонений.
Ключевая инновация, сделавшая открытие возможным, — принцип практически нулевого фона. Классические сепараторы идентифицируют редкий изотоп по однократному пролёту и оставляют пространство для статистических допущений. SRing же регистрирует каждый ион десятки раз за оборот, и событие засчитывается только при наличии периодической последовательности сигналов длительностью не менее ста микросекунд — это больше восьмидесяти полных витков по 277‑метровому кольцу. Никакой шум или случайная наводка не могут воспроизвести такую картину, поэтому одиночный пик на отметке 1159,348 наносекунды, совпавший с расчётным положением для полностью ионизированного гафния‑153, был идентифицирован однозначно, без вероятностных оговорок.
Почему этот изотоп так важен для фундаментальной науки, объясняется его местом на ядерной карте. Гафний‑153 находится на нейтронодефицитной стороне — в нём на один нейтрон меньше, чем требуется для заполнения магического числа 82, которое считается особо прочной оболочкой атомного ядра. Этот дефицит превращает изотоп в идеальный зонд для проверки устойчивости оболочки в области тяжёлых элементов с большим избытком протонов. Теоретические модели, от макроскопических FRDM и WS до микроскопических HFB и релятивистских DRHBc, предсказывают, что ядро должно быть либо стабильным относительно испускания протона, либо очень слабым излучателем. Тот факт, что десять ядер всё‑таки долетели до детектора, подтверждает эти расчёты.
В ближайшее время на том же SRing измерят массу гафния‑153 — это станет первой экспериментальной точкой для прямого вычисления энергетической щели на оболочке N=82 в этой области. Сам факт, что новый комплекс вышел на рабочий режим и сразу продемонстрировал уникальную чувствительность, говорит о том, что HIAF сможет систематически изучать экзотические ядра, до которых раньше просто не доходили руки. А для физики это означает возможность перепроверить и уточнить модели, описывающие структуру материи на уровне протонов и нейтронов, — там, где даже малейшее отклонение от теории может привести к пересмотру фундаментальных представлений.
Об авторе
