도쿄대학 등 국제공동연구그룹은 칼슘 동위원소에서 새롭게 제안된 '마법수 34'보다 많은 중성자를 포함한 원자핵의 질량을 세계 최초로 정밀 측정하고 질량의 변화량 분석에서 마법수 34의 발현을 확증했다.연구그룹에는 그 밖에 이화학연구소, 오사카대학, 도쿄도시대학, 교토대학, 규슈대학, 릿쿄대학, 도쿄이과대학, 노트르담대학, 미시간주립대학이 참가.

 원자핵은, 포함되는 양자나 중성자의 개수를 변화시켰을 때, 그 질량의 변화는 반드시 매끄럽지 않다.갑작스러운 질량 변화가 나타나는 중성자나 양자의 수는 「마법수」라고 불리며, 양자역학의 효과로서 알려져 있다.구체적인 마법수의 수치는, 원자핵내의 양자나 중성자의 사이에 일하는 힘의 성질로 정해져, 자연계에 안정적으로 존재하지 않는 원자핵(불안정핵)에서는, 지금까지 알려진 수와 다른 마법수 예언되었습니다.

 연구그룹은 새로운 마법수가 나타난다고 제안되고 있는 칼슘-54(양자수 20, 중성자수 34)보다 중성자가 많은 칼슘-55, 56, 57(주)의 질량을 고효율·고분해능으로 측정했다.원자핵 질량의 변화의 비율로부터, 칼슘-54는 같은 중성자수 34의 티타늄-56이나 스칸듐-55보다 안정성이 크고, 스칸듐에서 칼슘으로, 양자 1개가 빠짐으로써 중성자수 34가 급격하게 마법수 화하고 있는 것이 판명.한편, 중성자 36개의 칼슘-56은 니켈-64로부터 안정성의 변화는 보이지 않고, 칼슘-54의 특수성이 실증되어 34가 새로운 마법수임을 확증했다.

 이번 결과를 바탕으로, 인류 미답의 희소 원자핵을 포함한 모든 원자핵의 존재 범위나 안정성에 대한 이해가 깊어지고, 중성자성 합체에서의 중원소 합성 과정이나 니포늄을 넘는 초중핵의 구조 해명의 진전 기대된다.

(주) 칼슘 동위원소는 중성자가 15개 내지 38개인 동위원소가 존재할 수 있는 것으로 알려져 있다.반감기는 각각 22ms, 11ms, 5ms로 매우 짧다.

논문 정보:【Physical Review Letters】Magic Nature of Neutrons in 54Ca: First Mass Measurements of 55-57Ca

대학 저널 온라인 편집부

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