Ядерные физики из США изучили поведение нуклонов на экстремально коротких расстояниях внутри атома. В таких условиях частицы накладываются друг на друга и образуют временные пары. Раньше наука считала, что хаотичное спаривание протонов и нейтронов зависит исключительно от плотности и общей массы ядра. Новые данные ускорительных тестов полностью опровергли эту модель. За объединение частиц отвечают локальные квантовые оболочки. Они работают как строгие организаторы внутреннего порядка.

Схема устройства ядер по модели оболочек: кальций‑40 (20 протонов и 20 нейтронов), кальций‑48 (плюс 8 нейтронов) и железо‑54 (плюс 6 протонов). На маленьком рисунке справа внизу — реакция: электрон сталкивается с ядром, выбивая из него протон. Источник: Jefferson Lab / Scott Cole

Эксперименты с лёгкими и тяжёлыми изотопами показали, что протоны и нейтроны формируют пары строго по квантовым орбиталям и игнорируют общее число частиц в ядре. Открытие фундаментально меняет представления о сильном ядерном взаимодействии, которое удерживает материю от распада. Новый квантовый закон позволит точнее моделировать процессы внутри нейтронных звёзд и усовершенствовать теории происхождения элементов во Вселенной. Пересмотр строения ядра также поможет создать более точные модели для ядерной энергетики и квантовых вычислений.