Международная группа ученых под руководством специалистов из американской Лаборатории редких изотопных пучков (FRIB) установила причину аномально высокого испускания низкоэнергетических гамма-лучей ядром цинка-70. Как сообщается в журнале Nature, это явление, известное как низкоэнергетическое усиление, вызывают магнитные переходы между энергетическими состояниями внутри ядра.
Открытие решает давнюю проблему ядерной физики и поможет уточнить модели синтеза тяжелых элементов во Вселенной. Гамма-лучи – это вид электромагнитного излучения, которое испускает возбужденное атомное ядро, переходя в более стабильное состояние. Десятилетиями ученые наблюдали в экспериментах необъяснимый всплеск гамма-лучей в определенном низкоэнергетическом диапазоне, но не могли определить его природу – электрическую или магнитную.
Результаты исследования важны для астрофизики. Низкоэнергетическое усиление может значительно ускорять реакции захвата нейтронов – ключевого процесса, благодаря которому образуются тяжелые элементы при слиянии нейтронных звезд и взрывах сверхновых. Уточненные данные повлияют на модели, описывающие процессы в звездах, а также найдут применение в атомной энергетике и в сфере национальной безопасности.
Чтобы изучить природу явления, физики применили непрямой метод. Вместо самого цинка-70 они исследовали бета-распад его материнского ядра, меди-70. Для эксперимента с помощью высокоточного масс-спектрометра LEBIT в лаборатории FRIB впервые получили два чистых пучка изотопов меди-70 – в основном и в возбужденном (изомерном) состояниях.
Распад этих двух состояний приводил к образованию цинка-70 с разным распределением по энергетическим уровням. Это позволило изучить структуру ядра с двух разных ракурсов. Сравнив гамма-излучение, зафиксированное специальным детектором SuN, ученые однозначно заключили, что за аномалию отвечают именно магнитные переходы. Новая методика разделения изомеров открывает возможность для изучения других атомных ядер с подобными свойствами.
