Американские исследователи установили причину загадочного явления в ядерной физике – избыточного низкоэнергетического гамма-излучения, которое испускают некоторые атомные ядра. Согласно работе, опубликованной в журнале Nature, этот эффект связан с магнитными переходами внутри ядра, что десятилетиями не удавалось доказать.
Гамма-лучи – это форма электромагнитного излучения, которое испускается, когда возбуждённое атомное ядро переходит в более стабильное состояние с меньшей энергией. Учёные давно заметили, что некоторые ядра испускают аномально много низкоэнергетических гамма-квантов, однако теория этого не предсказывала. Было неясно, какие именно ядра подвержены этому эффекту и почему.
Чтобы разобраться в проблеме, группа физиков из Ускорительного комплекса для исследования редких изотопов (FRIB) и Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL) изучила радиоактивный распад изотопа меди в цинк. Современное оборудование позволило им по отдельности проанализировать два разных типа ядерных переходов – электрический и магнитный.
В первом случае, при электрическом переходе, в ядре менялось положение протонов. Во втором, при магнитном, протоны и нейтроны меняли ориентацию своих спинов. Эксперимент показал, что избыток гамма-лучей наблюдается только при магнитных переходах. Это стало прямым доказательством того, что явление имеет магнитную природу.
Результаты исследования позволят усовершенствовать модели, описывающие поведение атомных ядер. Это, в свою очередь, важно для астрофизики, где такие модели помогают понять процессы в звёздах, при взрывах сверхновых и слияниях нейтронных звёзд, в ходе которых образуются тяжёлые элементы. Кроме того, открытие может найти применение в атомной энергетике и в сфере ядерной безопасности – например, для более точной оценки состояния ядерных арсеналов и анализа источников радиоактивных материалов.
