Найдено объяснение аномальному гамма-излучению при распаде некоторых ядер

Эксперимент на установке для получения редких изотопных пучков (FRIB) в Университете штата Мичиган поставил точку в вопросе, который десятилетиями занимал физиков-ядерщиков: почему ядра некоторых атомов испускают низкоэнергетических гамма-квантов больше, чем предсказывают теории? Ответ на него изложен на страницах Nature.

Если в процессе радиоактивного распада ядро переходит из возбужденного в состояние с более низкой и стабильной энергией, оно испускает гамма-лучи. У некоторых элементов при этом наблюдается так называемое «низкоэнергетическое усиление» — неожиданно высокое число гамма-квантов с энергией менее 3 МэВ.

«Теория такого усиления не предсказывала, поэтому, когда его впервые обнаружили, для научного сообщества это стало настоящим шоком. Предсказать, где оно возникнет, очень сложно — мы просто не знаем, какие ядра его продемонстрируют», — говорит ядерный химик и астрофизик Элеанор Роннинг из Национального института ядерной физики в Падуе, ведущий автор исследования, которая раньше работала на FRIB.

На ускорителе получили пучок ионов меди-70. Ядра этого радиоактивного изотопа распадались с образованием возбужденных (и потому испускающих гамма-кванты) ядер цинка-70. Измерение излучения позволило определить два различных типа распада.

В одном случае переход носил электрический характер — протоны внутри ядра перестраивали свое пространственное расположение. Второй случай соответствовал магнитному переходу — в этом варианте нейтроны и протоны внутри ядра, по сути, «переворачивали» свои внутренние магниты (спины).

И только при распаде с магнитным переходом наблюдалось то самое низкоэнергетическое усиление гамма-излучения, что доказывает его магнитную природу.

Ученые намерены повторить эксперимент с другими элементами, чтобы понять, каким из них присуща эта особенность. Пока никакой закономерности так и не нашли — низкоэнергетическое усиление наблюдается и у легких, и у тяжелых, и у радиоактивных ядер.

Результаты будут полезны, во-первых, в ядерной криминалистике — улучшат возможности подтверждения факта ядерного инцидента и поиска его вероятного источника. Кроме того, на основе полученных данных уточнят модели ядерных процессов в недрах звезд.

Ученые впервые увидели грушевидные ядра атомов: прорыв в квантовой физике

Ядерную реакцию, протекающую в нейтронных звездах, воспроизвели в лаборатории

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX