Ядра магния с исключительно малым массой, содержащие всего семь нейтронов, были получены благодаря экспериментам, проведенным на ускорителе NSCL.
Магний занимает 12-ю позицию в Периодической таблибе и является одним из наиболее часто встречающихся элементов в земной коре. Он присутствует в морской воде и во многих минералах, а также играет существенную роль в жизнедеятельности биологических клеток. Существуют данные, указывающие на то, что магний мог быть одним из важнейших элементов, обеспечивших зарождение жизни на нашей планете. И весь этот магний состоит из смеси трех сравнительно стабильных изотопов массами 24, 25 и 26 атомных единиц. Они содержат по 12 протонов и 12, 13 и 14 нейтронов соответственно.
Используя передовые ускорители и коллайдеры частиц, исследователи синтезировали нестабильные изотопы магния, начиная с магния-40, в ядре которого содержится 28 нейтронов, и заканчивая магнием-19, имеющим всего семь нейтронов. Недавно был достигнут новый рубеж: Юй Цзинь (Yu Jin) и его соавторы из Пекинского и Мичиганского университетов получили самый легкий из магния – магний-18, содержащий на один нейтрон меньше. Их открытие описано в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
Исследования проводились на ускорителе Национальной лаборатории сверхпроводящего циклотрона (NSCL), расположенной при Мичиганском университете. Ядра стабильного магния-24 разгонялись до скорости, близкой к половине скорости света, и направлялись на бериллиевую мишень, в результате чего они распадались на множество более легких частиц, в том числе на легкие изотопы магния. Среди образовавшихся частиц был нестабильный изотоп магния-20, характеризующийся периодом полураспада, измеряемым долями секунды.
Ядра магния-20 были разгонными, чтобы при столкновении они попадали на вторую мишень, находящуюся на расстоянии 30 метров. Это позволило создать более легкий и нестабильный изотоп магния-18, который существовал чрезвычайно короткое время – секстиллионные доли секунды. Он немедленно распался, превращаясь на мишени в сравнительно стабильный кислород-14 (период полураспада – 71 секунда). При этом распаде детектировали протоны, кислород-14 и следы промежуточного изотопа неона-16.
«Магний-18, получивший название «сверхлегкий», демонстрирует высокую нестабильность и образуется только в определенных термоядерных реакциях, происходящих в недрах звезд и других космических «реакторах». Изучение и анализ этого элемента в лабораторных условиях откроют новые возможности для понимания процессов, благодаря которым космос насыщается разнообразными химическими элементами и ядрами, составляющими земную кору и являющимися частью нас самих.