Ученые впервые добились прямого воздействия на возбуждение атомного ядра.

Новости МирТесен

Используя короткие рентгеновские импульсы, ученые получили возможность изменять состояние отдельных атомных ядер. Данный подход может кардинально изменить ядерную физику, открывая возможности не только для изучения состояния нуклонов, но и для их модификации, что позволит создавать материалы с заранее определенными характеристиками.

Научное исследование, посвященное прорывному открытию, сделанному европейскими физиками опубликована в рецензируемом журнале Nature. В исследовании приняли участие специалисты из немецкого Института ядерной физики Общества Макса Планка ( Max Planck Institut für Kernphysik, Гейдельберг), синхротрона DESY (Гамбург) и французского ускорителя ESRF (Гренобль). В ходе эксперимента показано, что возможно управление ядрами атомов изотопа железа 57FeВ промежуток времени, измеряемый в зептосекундах – единицах, представляющих собой миллиардную долю миллиардной доли секунды, – что может показаться крайне незначительным, тем не менее, это отправная точка.

На первый взгляд, методика проведения экспериментов кажется простой и доступной для понимания: короткий импульс рентгеновского излучения направляется на первый образец, вызывая его возбуждение и последующее переизлучение в сторону второго образца, который уже получает два импульса.

С этими частицами можно взаимодействовать весьма интересными способами. Если первичный пучок фотонов вызвал смещение первого ядра на половину длины волны рентгеновского излучения, то два импульса достигают мишени (второго атома) с некоторым сдвигом. В результате он не переизлучает полученную энергию немедленно, а испытывает дальнейшее возбуждение. По времени, через которое происходит «разрядка» нуклонов второго ядра 57Fe, в действительности ситуация куда сложнее, однако именно так немецкие физики объяснили ход своего эксперимента для тех, кто не был в курсе».

В области ядерной физики данное достижение представляет собой значительный прогресс. Прежде всего, был разработан способ точного определения состояния ядра в отдельном атоме. Кроме того, появился метод непосредственного воздействия на его структуру. Среди потенциальных областей применения этой технологии исследователи называют возможность создания атомных накопителей энергии, где заряд будет формироваться не за счет ионов (отдающих или принимающих электроны целыми атомами), а благодаря субатомным частицам. Также важной особенностью новой методики является возможность точного определения частоты колебаний атома, что открывает путь к созданию еще более совершенных часов.

В современной экспериментальной физике существует широкий спектр техник для воздействия на отдельные атомы. Однако большинство из них предполагает облучение образцов когерентным потоком фотонов, то есть лазерным излучением. Эффективность взаимодействия между этими частицами и излучением определяется длиной волны последнего.

Ранее ученые имели ограниченное количество источников рентгеновского излучения, поскольку его высокая частота (и, как следствие, малая длина волны) увеличивает вероятность взаимодействия с атомным ядром. Однако с развитием синхротронов и их возрастающей доступностью ситуация изменилась.