Для появления золота во Вселенной необходимо, чтобы определенные нестабильные атомные ядра сначала распались. Долгое время точный механизм этих ядерных превращений оставался предметом дискуссий. Физики из Университета Теннесси в сотрудничестве с международной группой ученых представили результаты исследования, в котором описываются три открытия, проясняющие этапы этого процесса. Полученные данные позволят исследователям создавать более точные модели звездных событий, в которых рождаются тяжелые элементы, и лучше прогнозировать поведение экзотических атомных ядер.
Тяжелые элементы, такие как золото и платина, куются в экстремальных условиях: при коллапсе звезд, взрывах сверхновых или столкновениях нейтронных звезд. Эти катастрофические события запускают процесс быстрого захвата нейтронов, известный как r–процесс. В ходе этого сценария атомное ядро поглощает нейтроны один за другим с высокой скоростью. Становясь все более тяжелым и нестабильным, ядро в конечном итоге распадается на более легкие и устойчивые формы. Типичная последовательность превращений на этом пути включает бета–распад родительского ядра с последующим выбросом двух нейтронов.
Поскольку ядра, участвующие в таких реакциях, чрезвычайно редки и живут недолго, их практически невозможно изучать в обычных лабораторных условиях. Для проведения эксперимента ученые использовали мощности установки ISOLDE в ЦЕРН, которая позволила синтезировать достаточное количество редкого изотопа индия–134. С помощью современных методов лазерной сепарации исследователи обеспечили чистоту образцов, которые при распаде образуют возбужденные формы изотопов олова. Ключевым достижением стало первое в истории измерение энергии нейтронов, связанных с запаздывающей эмиссией двух нейтронов при бета–распаде.
Второй важной находкой стало обнаружение давно предсказанного одночастичного нейтронного состояния в олове–133. Ранее считалось, что ядро олова при переходе в более стабильное состояние полностью теряет информацию о своем происхождении. Однако эксперимент показал, что ядро сохраняет определенную память о родительском индии. Это состояние представляет собой промежуточную стадию в последовательности эмиссии нейтронов и помогает завершить картину ядерной структуры, повышая точность теоретических расчетов. Ранее ученые пытались зафиксировать это состояние на протяжении двадцати лет.
Третье открытие выявило отклонение от ожидаемых статистических закономерностей при заполнении выявленного ядерного состояния. Исследователи заметили, что в условиях чистого эксперимента, где ядерные состояния четко разделены, материя ведет себя иначе, чем предсказывают традиционные модели. Эти результаты указывают на то, что существующие теоретические подходы могут быть неприменимы к экстремальным системам и экзотическим ядрам, находящимся далеко от полосы стабильности. Работа исследователей открывает новое направление в ядерной физике, позволяя пересмотреть фундаментальные представления о синтезе вещества в недрах звезд.
