Международная группа физиков сравнила размеры ядер лютеция и иттербия по спектрам сильно заряженных ионов. Результат опубликован 26 сентября 2026 года в журнале Nature Communications. Он разрешает давнее расхождение в оценках: ядро лютеция оказалось немного меньше ядра иттербия, хотя прежние справочные данные указывали на обратное.

Как спектр иона выдаёт размер ядра

Эксперимент провели на установке Tokyo-EBIT в Университете электрокоммуникаций в Токио. Исследователи поочерёдно измеряли спектральные линии четырёх ионных состояний: Lu⁵⁹⁺, Lu⁶⁰⁺, Yb⁵⁸⁺ и Yb⁵⁹⁺. У таких ионов осталось мало электронов, и они расположены близко к ядру. Поэтому размер ядра сильнее влияет на энергии электронов и, следовательно, на линии спектра.

Прибор не измеряет ядро напрямую. Физики сопоставили энергии спектральных линий лютеция и иттербия, а затем с помощью высокоточных расчётов строения атомов связали разницу с различием зарядовых радиусов ядер. Это можно сравнить с измерением предмета по тому, как он меняет звук струны: сначала фиксируют отклик, а затем рассчитывают, какой параметр мог его вызвать. Здесь связь между спектром и радиусом определяют расчёты атомной физики.

Прежняя аномалия возникла отчасти из-за нехватки данных о радиусе лютеция. Основной ориентир для него восходил к измерению, описанному в диссертации 1979 года. Новое сравнение согласуется с чётно-нечётным чередованием, характерным для этой группы ядер: при одинаковом числе нейтронов ядра с нечётным числом протонов обычно компактнее соседних ядер с чётным числом протонов. Для ядер с 94 нейтронами результат соответствует этой закономерности.

Расчёты ядерной теории плотности не смогли воспроизвести большую амплитуду наблюдаемого чередования, даже с учётом неопределённостей. Авторы планируют измерить соседние редкоземельные элементы и радиоактивные нуклиды, чтобы выяснить, насколько широко встречается эффект. Точность результата также зависит от принятой модели распределения ядерного заряда: оценка неопределённости не охватывает модели за пределами трёхпараметрического распределения Ферми.

Работа может заинтересовать исследователей, готовящих обзор по физике ядра или описание спектроскопического метода. Для такой задачи пригодится подбор литературы для научной работы.

Схема показывает, как сравнение спектров сильно заряженных ионов и расчёты атомной структуры позволяют оценить разницу ядерных зарядовых радиусов лютеция и иттербия.

Фото: jarmoluk / Pixabay