Ołów-208 jest jednym z najczęściej badanych i najlepiej poznanych jąder atomowych. Wciąż jednak istnieją pewne niewiadome dotyczące jego struktury. W swojej najnowszej publikacji naukowcy z Zakładu Fizyki Jądrowej w NCBJ zaproponowali rozwiązanie trwającej od pół wieku zagadki dotyczącej siły przejścia z pierwszego stanu wzbudzonego 2+ jądra 208Pb do jego stanu podstawowego.

Jako jedno z najczęściej badanych jąder, ołów-208 odgrywa szczególną rolę w pracach nad zrozumieniem struktury jądra atomowego. Pomimo pozornej prostoty struktura 208Pb nadal nie jest w pełni poznana i nadal istnieją zarówno teoretyczne, jak i eksperymentalne wątpliwości. Jedna z nich, nierozwiązana od ponad 50 lat, dotyczy procesu nieelastycznego rozpraszania lekkich jonów, głównie 12C i 3He. Parametr opisujący siłę przejścia z jednego z niskoenergetycznych stanów wzbudzonych ołowiu-208 (poziom 2+ o energii 4,086 MeV) do jego stanu podstawowego (poziom 0+) wyznaczony na podstawie analiz teoretycznych był około dwukrotnie wyższy od powszechnie przyjętej wartości uzyskanej w wielu innych badaniach.

Rozbieżności tej nie można wyjaśnić błędami w normalizacji danych ani niepewnością przyjętej wartości siły sprzężenia, ponieważ nie są one wystarczające, by spowodować tak dużą różnicę. Dlatego naukowcy z Zakładu Fizyki Jądrowej Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) rozpoczęli poszukiwania innych przyczyn, które mogłyby wpływać na wartości zaobserwowane eksperymentalnie.

Badacze skupili swoją uwagę na stosunkowo wysokiej gęstości poziomów energetycznych dla energii wzbudzenia w okolicy stanu 2+ o energii 4,086 MeV. Wiele z tych poziomów różni się od siebie jedynie o kilkadziesiąt keV, co może mieć wpływ na wyniki eksperymentów, w których rozdzielczość energetyczna może wynosić nawet 250 keV. Oznacza to, że dane eksperymentalne mogą zawierać znaczący wkład stanów zbliżonych do badanego poziomu 2+.

– Proponujemy rozwiązanie tej zagadki poprzez uwzględnienie potencjalnie nierozdzielonych stanów położonych w pobliżu poziomu 2+, który znajduje się 4,086 MeV powyżej stanu podstawowego. W celu potwierdzenia wyników wykorzystaliśmy różne rodzaje pocisków i uzyskaliśmy spójny obraz dla rozpraszania protonów, deuteronów, helu-3, cząstek alfa oraz węgla-12 przez 208Pb. Okazuje się, że słabe, nierozdzielone poziomy w pobliżu stanu 2+ mogą stanowić nawet około 50% całkowitej obserwowanej siły, przy czym głównym czynnikiem jest poziom 4+ o energii 4,324 MeV – wyjaśnia dr Gagandeep Singh z Zakładu Fizyki Jądrowej w NCBJ, pierwszy autor artykułu.

Ponieważ na podstawie dostępnych informacji nie można jednoznacznie określić rozdzielczości energetycznej poprzednich eksperymentów dotyczących nieelastycznego rozpraszania lekkich jonów na ołowiu-208, ostateczne potwierdzenie proponowanego rozwiązania wymaga przeprowadzenia zupełnie nowych pomiarów. – Tego typu badania są szczególnie ważne, ponieważ pokazują wkład mniej znanych obszarów energii wzbudzenia. Może on mieć kluczowe znaczenie zarówno dla wyjaśnienia niespójności rzekomo dobrze poznanych jąder, jak i dla badania słabo związanych izotopów – podsumował dr hab. Nicholas Keeley, kierownik badań z Zakładu Fizyki Jądrowej w NCBJ.

Wyniki badań są dostępne w publikacji: Proposed resolution of the anomalous strength in the 0+1→2+1 quadrupole transition in 208Pb, G. Singh, N. Keeley, and K. W. Kemper, Phys. Rev. C, 2026; DOI: https://doi.org/10.1103/lxhy-wtr3