Физики-ядерщики приблизились к разгадке одной из давних научных загадок — как во Вселенной образуется золото. Исследователи из Университета Теннесси сообщили о трех важных открытиях, которые помогают объяснить ядерные процессы, приводящие к появлению тяжелых элементов.
Результаты исследования могут помочь ученым точнее моделировать космические события, в которых возникают такие элементы, как золото и платина.
Золото рождается в катастрофах космического масштаба
Тяжелые элементы не образуются в обычных условиях. Они возникают во время самых мощных событий во Вселенной — например, при взрывах звезд, их столкновениях или коллапсе.
В таких экстремальных условиях запускается так называемый r-процесс — быстрый захват нейтронов. Во время этого процесса атомные ядра очень быстро поглощают нейтроны.
Со временем такие ядра становятся нестабильными и распадаются, превращаясь в новые элементы. Именно так появляются многие тяжелые металлы, включая золото.
Однако детали этих ядерных превращений долгое время оставались неясными.
Эксперимент провели на установке ЦЕРН
Чтобы лучше понять этот процесс, международная команда ученых провела эксперименты на установке ISOLDE в ЦЕРНе.
Исследователи работали с редким изотопом индий-134. Когда его ядра распадаются, образуются разные формы олова — олово-134, олово-133 и олово-132.
Используя специальный нейтронный детектор, ученые смогли наблюдать очень редкий тип распада — бета-распад с последующим испусканием двух нейтронов.
Такие ядра существуют крайне недолго, поэтому их очень сложно изучать.
Первое ключевое открытие
Главным результатом исследования стало первое измерение энергии нейтронов, которые испускаются при таком распаде.
Это важно, потому что раньше ученые могли фиксировать сам факт излучения, но не могли точно измерить энергию частиц.
По словам руководителя исследования Роберта Грживача, именно испускание двух нейтронов оказалось ключом к пониманию процесса.
Второе открытие — состояние ядра, которое искали 20 лет
Ученые также впервые обнаружили давно предсказанное состояние ядра олова-133.
Физики ожидали его существования почти два десятилетия, но экспериментально подтвердить его удавалось впервые.
Это состояние появляется как промежуточная стадия при испускании двух нейтронов и помогает лучше понять структуру атомного ядра.
Третье открытие поставило под сомнение старые модели
Исследование показало, что распад атомных ядер происходит не совсем так, как предполагали существующие теории.
Некоторые ядерные состояния возникают иначе, чем предсказывают модели. Это означает, что для описания поведения экзотических атомных ядер могут потребоваться новые теоретические подходы.
Почему это важно для науки
Полученные данные помогут улучшить модели, которые описывают образование элементов во Вселенной.
Такие исследования позволяют понять:
-
как формируются тяжелые элементы;
-
какие процессы происходят внутри звезд;
-
как развивается химический состав Вселенной.
Ученые надеются, что дальнейшие эксперименты помогут еще точнее описать процессы, благодаря которым во Вселенной появляются золото, платина и другие редкие элементы.
