Исследование, опубликованное в Physical Review Letters, является окончательным доказательством сильного коллективного "октупольного возбуждения" в ядре гадолиния-150, долгоживущего радиоактивного изотопа этого редкоземельного элемента, который используется в таких приложениях, как сверхпроводники, ядерная энергетика и контрастные материалы для МРТ.

Экспериментальная сигнатура интерпретируется как согласованные колебания протонов и нейтронов внутри атомного ядра, в результате чего образуется пульсирующая асимметричная структура грушевидной формы.

Профессор Патрик Риган, профессор ядерной метрологии NPL в Университете Суррея и один из руководителей исследования, сказал:

"Это так здорово - иметь возможность "видеть" формы этих мельчайших квантовых объектов. Эти уникальные высокоточные измерения, полученные в результате нашего сотрудничества, позволяют глубже понять, как составляющие материю строительные блоки объединяются, позволяя возникать когерентным квантовым коллективным структурам и формам в атомных ядрах. Такие измерения также обеспечивают самые строгие тесты наших лучших современных моделей, чтобы объяснить, как адронная материя взаимодействует на субатомном уровне".

Используя высокоточные измерения гамма-излучения ядер гадолиния-150, исследователи смогли наблюдать характерные отпечатки пальцев этих невероятно крошечных структур грушевидной формы. Атомные ядра настолько малы, что даже самые совершенные оптические микроскопы не в состоянии их обнаружить, но информацию об их структуре можно получить, измерив характерное излучение (гамма-излучение) при их релаксации.

Полученные результаты открывают новое окно в квантовый мир, предоставляя то, что можно описать как "фемтоскоп" - высокоточный "ядерный микроскоп", - который позволяет ученым глубоко заглянуть в субатомные структуры, формирующие нашу Вселенную.

Полученные результаты также представляют собой уникальный вызов современным теоретическим моделям, которые пытаются объяснить, как эти формы могут возникать в результате сложных взаимодействий протонов и нейтронов, составляющих ядро гадолиния-150.

Доктор Эсра Юксел, ведущий теоретик статьи из Университета Суррея, сказала:

"Опубликованные результаты этих чрезвычайно чувствительных измерений квантовых распадов позволяют нам подвергнуть стресс-тестированию наше лучшее на сегодняшний день теоретическое понимание того, как протоны и нейтроны располагаются внутри атомного ядра.

"Получившаяся в результате восьмипольная подпись в совокупности - или "грушевидная" подпись - является одной из самых крупных, идентифицированных на сегодняшний день. Это позволило нам протестировать пять различных современных теоретических моделей, чтобы определить наилучшую из них. Наши расчеты дают ценную информацию о современном понимании того, как формируются такие необычные формы ядер в этих увлекательных квантовых лабораториях".

Исследование проводилось в рамках международного сотрудничества 12 учреждений из Великобритании, Румынии, Индии, Японии, Китая и Чешской Республики.

Национальная физическая лаборатория является Национальным институтом метрологии Великобритании и отвечает за прослеживаемость всех измерений радиоактивности в Великобритании до единицы СИ беккереля (Bq).