3353
Нова робота фізиків з установки для досліджень рідкісних ізотопів FRIB пояснює багаторічну загадку: чому деякі атомні ядра випромінюють набагато більше низькоенергетичних гамма-променів, ніж передбачає теорія. Про це повідомляє видання SciTechDaily.
Команда показала, що джерелом цього ефекту є раніше приховані магнітні переходи всередині атомних ядер. Результати опубліковано в журналі Nature і вони можуть вплинути на астрофізику, ядерну енергетику, національну безпеку та ядерну криміналістику.
Багаторічна загадка низькоенергетичних гамма-променів
Гамма-промені — це форма електромагнітного випромінювання, як і видиме світло чи радіохвилі, але з набагато більшою енергією. Збуджене атомне ядро, переходячи в нижчий, стабільніший енергетичний стан, може випромінювати гамма-кванти.
Протягом десятиліть ядерні фізики помічали, що деякі ядра викидають неочікувано велику кількість гамма-променів саме в низькоенергетичному діапазоні. Це явище отримало назву «низькоенергетичне підсилення». Воно не спостерігається в усіх ядрах, а наявні теорії не дозволяли передбачити, в яких випадках воно проявиться.
За словами головної авторки дослідження Елеонор Роннінґ (Eleanor Ronning), це підсилення не передбачалося жодною моделлю і стало справжньою несподіванкою для спільноти, коли його вперше зафіксували в експерименті. Додатковою проблемою було те, що вчені не мали надійного критерію, щоб передбачити, які саме ядра продемонструють таку поведінку.
Нові результати дають переконливі свідчення того, що джерело аномального випромінювання — у магнітних переходах усередині ядра.
Як відокремили електричний та магнітний розпад
Щоб дослідити природу загадкового підсилення, команда вимірювала гамма-промені, які виникають, коли радіоактивний ізотоп міді розпадається на цинк. Установка FRIB надала можливість дуже точно зареєструвати випромінювання та розрізнити два різні типи ядерного переходу.
В одному випадку розпад відбувався за рахунок електричного переходу: під час зміни стану ядра змінювалося розташування протонів, що визначають електричний заряд.
В іншому випадку фіксували магнітний перехід. Тут нейтрони та протони не стільки зміщувалися в просторі, скільки «перевертали» свої внутрішні магнітні орієнтації, змінюючи магнітний стан ядра.
Ключовий результат експерименту: незвичне зростання кількості низькоенергетичних гамма-променів спостерігалось лише при магнітних переходах. Це означає, що низькоенергетичне підсилення має саме магнітне походження.
Експеримент був спільною пропозицією Елеонор Роннінґ та Андреа Річард (Andrea Richard), співкерівниці дослідження, яка працювала в Ліверморській національній лабораторії Лоуренса (LLNL), а нині є доценткою Університету Огайо. Науковці LLNL надали технічну підтримку й цілодобово стежили за вимірюваннями впродовж тижня безперервної роботи установки.
Наслідки для астрофізики, енергетики та безпеки
Попри те, що в експерименті вивчали лише одне конкретне ядро, отримані дані можуть суттєво покращити розуміння ядерної структури загалом. Новий зв’язок між експериментом і теорією дозволяє будувати точніші моделі випромінювання гамма-променів у різних ізотопах.
Співавтор роботи, науковець LLNL Даррен Блойєл (Darren Bleuel) зазначає, що вдосконалені теоретичні моделі допоможуть краще оцінювати характеристики ядерних арсеналів і точніше інтерпретувати результати минулих випробувальних програм.
Важливим напрямом застосування є також ядерна криміналістика — аналіз ознак можливих ядерних подій. Кращі моделі гамма-випромінювання підвищують здатність виявляти факт ядерного інциденту та звужувати коло ймовірних джерел.
Робота має значення й для астрофізики. Уточнені уявлення про магнітні переходи та гамма-випромінювання дадуть змогу поліпшити моделі ядерних реакцій у зірках, наднових і злиттях нейтронних зірок. Саме в таких екстремальних умовах відбувається синтез важких елементів, а точніші розрахунки допоможуть краще описати їхнє походження.
Крім того, нові дані можуть бути корисними для розрахунків реакцій, що мають відношення до ядерної енергетики, де гамма-випромінювання та властивості ядер відіграють ключову роль у безпечній роботі ядерних установок.
Дивні гамма-промені розкрили прихований магнетизм у ядрах з’явилася спочатку на Цікавості.
