PRL: Физикам удалось разгадать тайну образования золота

Фото из открытых источников

Группой сотрудников Университета Теннесси сделано несколько важных открытий, помогающих понять, как во Вселенной синтезируются тяжелые элементы, включая золото и платину. Работу опубликовали в журнале Physical Review Letters (PRL).

Тяжелые элементы формируются в экстремальных условиях космоса — например, при взрывах сверхновых или столкновениях нейтронных звезд. Тогда запускается так называемый r-процесс (rapid neutron capture), когда атомные ядра быстро захватывают нейтроны. Ядра постепенно поглощают нейтроны, становясь нестабильными. А затем распадаются и превращаются в более устойчивые элементы.

Но многие ядра, что участвуют в данном процессе, крайне редки, существование их ограничено долями секунды, потому-то их сложно исследовать напрямую. Для изучения этих превращений, физики осуществили эксперименты на установке ISOLDE в CERN.

Исследователи провели опыты с редким изотопом индия-134. Его распад сопровождается образованием возбужденных состояний изотопов олова — олово-134, -133 и -132. Регистрацию продуктов распада эксперты производили при помощи специального нейтронного детектора.

Главный результат – это первое измерение энергии нейтронов, которые формируются при так называемом бета-запаздывающем испускании двух нейтронов. Это редкий тип распада, случается он лишь в очень нестабильных ядрах. Это удалось специалистам Университета Теннесси.

Авторы работы поясняют: подобные процессы трудно измерить, т.к. нейтроны легко рассеиваются, и сложно в эксперименте зафиксировать, испустило ядро один нейтрон либо два. В ходе предыдущих экспериментов учёные вообще не замеряли энергии нейтронов, поэтому новый метод открывает широкие возможности для последующих исследований.

Второй важный результат - первое наблюдение нейтронного состояния в ядре олова-133, которое учёные давно предсказали, но так и не могли уловить. Это промежуточный этап процесса испускания двух нейтронов.

Ранее было принято считать, что по окончании распада ядро быстро «теряет память» о предшествующем состоянии и просто испускает нейтроны для охлаждения. Новые данные показали, что ядро всё же частично сохраняет данные о том, как оно сформировалось.

Третье открытие: новое состояние ядра возникает не по той схеме, что была предсказана существующими статистическими моделями. Значит, теоретические представления о характеристиках нестабильных ядер неполные.

Полученные результаты позволят усовершенствовать модели r-процесса и точнее описать синтез тяжелых элементов в результате космических катастроф.

Дальнейшие исследования нестабильных ядер необходимы. Они позволят глубже понять, как рождаются химические элементы во Вселенной и что вообще происходит во время самых экстремальных астрофизических событий.