Физики разгадали 20-летнюю ядерную загадку создания золота

Золото и другие тяжелые элементы образуются в результате взрывов и столкновений звезд, но ученые до сих пор не могут понять все этапы, которые приводят к их созданию. Теперь физики из Университета штата Теннесси сделали три открытия о том, как нестабильные атомные ядра распадаются в процессе быстрого захвата нейтронов, ответственного за образование золота и платины. Золото не может образоваться, пока не распадутся определенные нестабильные атомные ядра. Новые открытия проясняют важные аспекты этого процесса, пишет ScienceDaily.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Тяжелые химические элементы, такие как золото и платина, образуются в необычных условиях, в том числе при взрыве или столкновении звезд. Эти события запускают процесс быстрого захвата нейтронов или r-процесс. В ходе этого процесса атомное ядро ​​быстро поглощает нейтроны. По мере того, как ядро ​​становится тяжелее и нестабильнее, оно в конечном итоге распадается на более легкие и стабильные формы.

В этом процессе часто встречается бета-распад атомного ядра с последующим высвобождением двух нейтронов. Атомные ядра, участвующие в этих реакциях, чрезвычайно редкие и нестабильные, что затрудняет их непосредственное изучение в экспериментах. Из-за этого ученые в значительной степени полагаются на теоретические модели, которые необходимо проверять.

Эксперимент в ЦЕРН

Физики использовали Станцию измерения распада изотопов ISOLDE в ЦЕРН для проведения своего исследования, где были получены многочисленные ядра изотопа индий-134. При распаде индия-134 образуются возбужденные формы изотопов олово-134, олово-133 и олово-132.

Используя нейтронный детектор, физики сделали три важных открытия. Наиболее значимым результатом стало первое измерение энергии нейтронов, связанных с бета-задержкой выхода двух нейтронов.

Бета-задержка выхода двух нейтронов происходит только в экзотических атомных ядрах, которые нестабильны и существуют лишь в течение очень короткого времени. Энергия, необходимая для разделения двух нейтронов от ядра, чрезвычайно мала, но в этом эксперименте она оказалась достаточно большой для измерения.

Это исследование знаменует собой первое подробное изучение выхода двух нейтронов из атомного ядра в r-процессе. Результаты предоставляют ценную информацию для улучшения моделей, описывающих, как звездные события создают тяжелые элементы, такие как золото.

Новое нейтронное состояние

Вторым важным открытием физиков стало первое наблюдение давно предсказанного одночастичного нейтронного состояния в изотопе олово-133. По словам ученых, атомное ядро ​​изначально находится в возбужденном состоянии и должно высвободить энергию для стабилизации.

"Олово находится в возбужденном состоянии. Оно может испустить один нейтрон или, при достаточной энергии, два нейтрона. Оно всегда должно испускать два нейтрона, но этого не происходит", — объясняют ученые.

Традиционно физики считали, что ядро ​​олова выпускает нейтроны, фактически теряя любые следы более раннего бета-распада. В этом сценарии ядро ​​ведет себя как "ядро-амнезия", не помня, как оно образовалось. Но оказалось, что "память" не стирается.

Усовершенствованные нейтронные детекторы позволили физикам обнаружить неуловимое ядерное состояние олова. Наблюдение показывает, что существующие теоретические объяснения неполны, и ученым необходима более сложная модель, чтобы объяснить, почему при одних распадах выпускает один нейтрон, а при других — два. Физики говорят, что это состояние ученые искали 20 лет т наконец-то его увидели.

Обнаруженное состояние представляет собой промежуточную стадию в последовательности выхода двух нейтронов из атомного ядра.

Третье открытие бросает вызов существующим моделям

Физики также наблюдали нестатическое заселение идентифицированного состояния. Проще говоря, способ заселения этого состояния во время распада не соответствует закономерностям, которые обычно ожидают ученые.

Физики объяснили, что среда распада в этом эксперименте относительно чистая. Ядерные состояния разделены, а не сгруппированы вместе.

Результаты показывают, что по мере того, как физики исследуют области ядерного ландшафта, все дальше от стабильности, особенно среди экзотических ядер, существующие модели могут перестать быть применимыми. Вероятно, потребуются новые теоретические подходы для описания этих экстремальных систем, которые играют важную роль в создании тяжелых химических элементов, таких как золото.

Как уже писал Фокус, золото создается при столкновении звезд и ученые из NASA показали, как именно оно происходит.