Цікавості

Нова робота фізиків з установки для досліджень рідкісних ізотопів FRІВ пояснює багаторічну загадку: чому деякі атомні ядра випромінюють набагато більше низькоенергетичних гамма-променів, ніж передбачає теорія. Про це повідомляє видання SсіТесhDаіly.Команда показала, що джерелом цього ефекту є раніше приховані магнітні переходи всередині атомних ядер. Результати опубліковано в журналі Nаturе 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 (Еlеаnоr Rоnnіng), 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 FRІВ 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 (Аndrеа Rісhаrd), 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 (Dаrrеn Вlеuеl) 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.Стаття Дивні гамма-промені розкрили прихований магнетизм у ядрах з'явилася спочатку на Цікавості.