Ученые подробно изучили редкий распад ядра теллура-104.

Новости МирТесен

Благодаря недавней модернизации ускорителя частиц появилась возможность осуществить измерения, которые на протяжении полувека обсуждались теоретиками.

Альфа-распад представляет собой процесс, в ходе которого атомное ядро выделяет α-частицу, ядро гелия-4. Эта устойчивая структура, состоящая из двух протонов и двух нейтронов, преодолевает энергетический барьер, окружающий более тяжелое ядро, посредством туннельного эффекта.

Пока что ученые не пришли к единому мнению относительно механизма формирования внутри первичного ядра, характеризующегося однородным распределением вещества α-частица. Физики полагают, что существует механизм, посредством которого нуклоны формируют кластер, который впоследствии станет ядром гелия-4. Остаётся неясным, что инициирует этот процесс кластеризации. Однако, если он уже начался, то α-частица покинет ядро. Квантово-механический процесс туннелирования ученым понятен и зависит от доступной в системе энергии.

Ученые-физики уже давно высказывали предположения о том, что изучение ядра теллура-104 может пролить свет на процесс образования кластеров, предшествующих альфа-распаду. Однако, получение такого ядра для проведения экспериментов представляет собой сложную задачу: данный изотоп не существует в природе, имеет очень короткий период полураспада, составляющий несколько наносекунд, и образуется в результате распада ксенона-108, который также труднодоступен.

Благодаря модернизации производства радиоактивных изотопов стало возможным ( RIBF) в японском научном центре RIKEN, физикам удалось наблюдать за происходящими процессами в теллуре-10. Используя систему из четырех ускорителей, они разогнали пучок ксенона-124 и направили его на мишень из бериллия. В результате столкновения возникли фрагменты ксенона-108, которые распались до теллура-104, а он — до олова-100. Физики точно измерили жизни и энергию распада теллура-104 (Te‑104). Результаты опубликованы в журнале Nature.

«Нами были измерены время жизни и энергия данного распада, и установлено, что вероятность предформирования оказалась значительно больше, чем предсказывалось на основе существующих экспериментальных данных. Также было выяснено, что теллур-104 является наиболее недолговечным из известных альфа-радиоактивных ядер, период полураспада которого составляет 7,2 наносекунды. Этот крайне короткий период полураспада, с учетом энергии распада, указывает на аномально высокую вероятность предформирования альфа-частицы. По всей видимости, среди всех ядер это будет уникальный случай», — сообщил профессор Роберт Гживач ( Robert Grzywacz).

Ближайший похожий пример — распад полония-212 в свинец-208, у которого вероятность предформирования альфа-частицы в десять раз меньше, чем у теллура-104.

По мнению Гживача, исследователи предполагали, что теллур-104 – это нестабильный «комплекс», образованный ядрами олова-100 и гелия-4. Оба ядра — дважды магические, ядра таких элементов характеризуются полностью заполненными ядерными оболочками, что обуславливает их стабильность и значительную энергию связи. Ученые полагают, что повышенная вероятность предварительного образования теллура-104 связана с его близостью к дважды магическому олову, создающему благоприятные условия для формирования альфа-частицы. Полученные сведения углубляют и расширяют представления о механизмах ядерного распада.