Ускорительный комплекс тяжелых ионов высокой интенсивности (HIAF), начавший работу в тестовом режиме 21 июля 2026 года, позволил китайским ученым исследовать редкий изотоп – гафний-153. Это продемонстрировало высокий потенциал установки в изучении структуры атомного ядра. Исследование, опубликованное в журнале Science Bulletin, было проведено Государственной ключевой лабораторией науки и технологий тяжелых ионов, входящей в состав Института современной физики (IMP) Китайской академии наук (CAS). Работы проводились в сотрудничестве с Университетом CAS, Центром исследований тяжелых ионов им. Гельмгольца (GSI, Германия), Кельнским университетом, Восточно-Китайским технологическим университетом и Лабораторией передовых энергетических наук и технологий провинции Гуандун.

Изучение неизвестных изотопов и определение пределов существования атомных ядер являются ключевыми направлениями ядерной физики. Находясь в области тяжелых элементов с дефицитом нейтронов, гафний-153 предоставляет уникальную возможность изучить эволюцию строения ядер и границы их стабильности. Обнаружение этого изотопа и сопутствующие измерения дают критически важные экспериментальные данные для проверки теоретических моделей и понимания природы микромира.

HIAF, расположенный в Хуэйчжоу (провинция Гуандун на юге Китая), является ускорителем тяжелых ионов нового поколения. В ходе эксперимента пучок тяжелых ионов висмута-209 направляли на графитовую мишень, чтобы получить нужные радиоактивные ядра путем их расщепления (фрагментации). Вторичный пучок проходил очистку и направлялся по специальному каналу в спектрометрическое накопительное кольцо (SRing), где для точного измерения массы новых частиц применяли метод изохронной масс-спектрометрии.

Исследователям удалось в общей сложности зафиксировать десять ионов гафния-153, который является связанным или слабосвязанным изотопом. Практически одновременно гафний-153 был независимо обнаружен японскими учеными на ускорительном комплексе RIBF в институте RIKEN. Эти два независимых открытия подчеркивают высокую значимость нового изотопа для ядерной физики.

По словам исследователей, обнаружение гафния-153 наглядно демонстрирует комплексные возможности ускорительного комплекса HIAF. Высокоинтенсивные пучки тяжелых ионов позволяют получать больше редких изотопов, линия HIRIBL обеспечивает эффективное разделение нужных ядер, а метод изохронной масс-спектрометрии в кольце SRing гарантирует чувствительность к отдельным ионам, что необходимо для точной идентификации и измерения параметров редких нуклидов.

Это достижение не только знаменует собой прогресс в изучении пределов существования атомных ядер, но и открывает путь для будущих масштабных исследований на базе комплекса HIAF. Дальнейшее повышение интенсивности пучка поможет открыть новые изотопы и изучить свойства ядер в экстремальных условиях. Исследование выполнено при поддержке Национальной программы НИОКР Китая, проекта HIAF, Ассоциации содействия молодежным инновациям Китайской академии наук, Национального фонда естественных наук Китая, программы поддержки талантов провинции Гуандун и Фонда научно-технических исследований провинции Ганьсу.

По материалам eurekalert.org