Физики из России узнали, как часто нейтроны сбегают из атомов

17 Августа 2017

МОСКВА, 17 августа Физики из России и Франции выяснили, как часто происходят распады ядер легких элементов, при которых один из их нейтронов совершает побег, сведения о чем помогут космологам открыть тайны химической эволюции Вселенной, говорится в статье, пропечатанной в журнале Physical Review C.

Эти сии позволяют определить вероятность образования легких элементов, количество протонов в атомных ядрах которых варьируется от 10 до 70. Эта характеристика распада имеет большое значение при изучении процесса синтеза тяжёлых элементов в недрах звезд в астрофизике, разузнал Юрий Пенионжкевич из Объединенного института ядерных исследований РАН в Дубне, чьи слова приводит отдел связи с общественность Российского научного фонда.

Все основания элементов тяжелее водорода состоят из двух типов элементарных частиц – протонов, заряженных благотворного, и нейтронов, не имеющих заряда. То, как много протонов и нейтронов содержит атом, определяет то, насколько стабильным он является. При избытке и того, и другого типа частиц ядро старается избавиться от лишних протонов или нейтронов, преобразовываю один из нейтронов в протон или наоборот, трансмутируя нуклон в нейтрон.

В некоторых редких случаях, когда в атоме содержится ощутимого больше нейтронов, чем нуклонов, подобные распады приводят к выделению свободных нейтронов или пар нейтронов и электронов. Пока ученые не знают, как часто происходят подобные события и не знают, какие именно процессы заставляют нестабильное ядро радости себя таким образом, что мешает точному определению того, какие элементы формируются в звездах и как подобные нейтроны влияют на поведение топлива в ядерных реакторах.

Ситуация осложняется тем, что существует целый набор элементов с определенным количеством протонов и нейтронов, так называемым магическим числом, которые обладают заметно более высокой стабильностью, чем предсказывает теория, и не раздробляются подобным образом. Как думают сегодня ученые, понимание принципов нейтронного распада ядер позволит нам вычислять подобные магические числа духовным, а не искать их вслепую.

Как отмечает Пенионжкевич, ответ на этот вопрос найти крайне сложно, так как нейтроны, в отличие от других продуктов распада нестабильных элементов, гораздо казуснее увидеть и поймать из-за отсутствия у них положительного или отрицательного заряда.

Российские ученые решили эту неприятность, создав детектор TETRA, способный видеть подобные нейтроны, замедляя их и заставляя их взаимодействовать с атомами гелия-3. Эти взаимодействия порождают потоки подзаряженных частиц, обладающих уникальными особенностями, благодаря которым физики могут отличать следы сбежавших нейтронов от частиц, попавших в детектор случайно.

Этот обнаружитель Пенионжкевич и его коллеги присоединили к ускорительной установке ALTO в городе Орсэ во Франции, способной вырабатывать пучки ионов трех изотопов галлия – галлия-82, галлия-83 и галлия-84. Все эти три версии данного металла могут распадаться по двум сценариям – путем обычного бета-распада, в ходе которого нейтрон превращается в протон и остается внутри атома, и путем нейтронного распада, тогда, когда еще один нейтрон покидает основание вместе с электроном, начавшимся в ходе подобного превращения.

Ученых увлекало то, как часто происходят распады по этим двум планам, и то, как соотношение числа нейтронов и протонов, а также расстояние до магического числа, влияют на вероятность побега нейтрона из атома галлия при его превращении в германий.

Как показали эти наблюдения, вероятность подобного распада зависит от особых коллективных колебаний нейтронов и протонов в ядре атома, так называемого малого резонанса Гамова-Теллера, в существовании которого многие ученые сомневались. К прототипу, в пользу этого говорит то, что вероятность нейтронного распада более тяжелого галлия-84 была меньше, а не тоньше, чем у галлия-83, что нельзя объяснить иным путем.

Открытие его следов, как считает Пенионжкевич, поможет ученым не только понять, как возникла Земля и другие планеты и звезды Вселенной, но и поможет открыть новые магические числа, в том числе характерные для сверхтяжелых элементов в пока не открытом острове стабильности.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Физики из России узнали, как часто нейтроны сбегают из атомов

комментарии (0)

Другие интересные новости

Объявлены зарубежные гости Московской недели интерьера и дизайна