Ученые Лаборатории теоретической физики им. Н. Н. Боголюбова совместно с коллегами из научных центров Германии, Словакии, Чехии, Японии и Великобритании впервые идентифицировали кандидатов в тороидальные дипольные возбуждения в ядре никель-58. Результаты исследования, опубликованные в журнале Physical Review Letters, открывают новые возможности для экспериментального изучения структуры атомных ядер и влияния вихревых возбуждений на процессы нуклеосинтеза.

a) схематическое 3D-изображение токов на поверхности тора; b) изображение 2D-сечения в плоскости xz; c) теоретическое предсказание распределения тока тороидальной электрической дипольной моды в ядре

Тороидальные дипольные моды представляют собой уникальный набор возбуждений, которые могут возникать в различных физических системах — от атомных ядер до метаматериалов. Их отличительной чертой является тороидальное распределение токов, формирующее похожие на кольца дыма вихревые структуры. Несмотря на теоретические предсказания, сделанные около 50 лет назад, экспериментальное обнаружение этих экзотических мод в ядрах остается сложной задачей из-за отсутствия методов их однозначной идентификации.

Ключевым результатом работы исследователей стало обнаружение сигнатур тороидального режима при рассеянии электронов на большие обратные углы, что подтвердило их уникальные свойства. Тороидальная мода представляет собой новый класс электрических дипольных возбуждений, наряду с известными невихревыми изовекторными и изоскалярными колебаниями протонов и нейтронов. Изучение этих мод критически важно для понимания структуры тяжелых ядер с нейтронным избытком, где они могут влиять на распределение дипольной силы и процессы нуклеосинтеза.

В 2025 году запланирован новый эксперимент на электронном линейном ускорителе S-DALINAC в Институте ядерной физики Технического университета Дармштадта (IKP TU Darmstadt, Германия), который направлен на проверку гипотезы о связи низкоэнергетических дипольных резонансов с тороидальными возбуждениями в ядрах с избытком нейтронов. Полученные данные могут привести к пересмотру ряда современных моделей ядерной структуры.

Подробнее с результатами исследования можно ознакомиться в статье «Nickel-58 nucleus may host elusive toroidal dipole excitations» на сайте Phys.org. В состав авторов вошли сотрудники сектора структуры ядра ЛТФ ОИЯИ д.ф.-м.н. Валентин Нестеренко и его аспирант из Казахстана Петр Вишневский.