Международная группа исследователей из Мичиганского университета, Вашингтонского университета, Пекинского университета, Китай, и других научных учреждений добилась успеха в создании рекордно легкой версии, изотопа, одного из химических элементов — магния. Этот изотоп крайне нестабилен, он распадается прежде, чем ученые успевают произвести какие-либо измерения с его участием. Тем не менее, все это помогает ученым лучше понять, как возникли различные атомы, из которых состоит все в окружающем нас мире, какие силы и процессы были в этом задействованы.
К сожалению, новый изотоп, сам по себе, не несет ни один из ответов на прозвучавшие чуть выше вопросы. Но его синтез и связанные с этим исследования помогут усовершенствовать современные теории и модели, разрабатываемые учеными для поисков ответов на фундаментальные вопросы.
Отметим, что магний является достаточно распространенным химическим элементом на Земле. В подавляющем большинстве случаев он представлен самой стабильной формой — магнием-24, ядра которого не распадаются. Однако, изотопы магния, подобные недавно синтезированному, могут существовать в природе только в определенных местах, в области чрезвычайно высокоэнергетических космических событий или объектов, таких, как взрывы сверхновых, черные дыры, нейтронные звезды и т.п. Также такие изотопы могут быть получены на Земле в недрах мощных ускорителей частиц.
У всех видов изотопов магния в ядре имеется 12 протонов. Ранее, у самого легкого из известных изотопов в ядре начитывалось 7 нейтронов. Сумма нейтронов и протонов у этого изотопа равна 19, и, следовательно, этот изотоп имеет название магний-19. У нового изотопа, магния-18, в ядре присутствует на один нейтрон меньше. Для получения изотопа был использован пучок ядер стабильного варианта, магния-24, разогнанный циклотроном NSCL до половины скорости света.
Луч разогнанных атомных ядер был направлен на мишень из бериллиевой фольги. И при столкновениях ядер магния и ядер бериллия порождался поток, состоящий из самых разных изотопов магния. При помощи некоторых методов ученые разделили этот «суп» из изотопов и выбрали из него только поток изотопов магния-20. Эта версия магния также нестабильна, но такие ядра распадаются в течение десятых долей секунды после образования.
Но этих десятых долей секунды было достаточно, чтобы двигающиеся с половиной скорости света ядра изотопа магния-20 преодолели расстояние в 30 метров и попали во вторую бериллиевую мишень. И именно в столкновениях с этой второй мишенью образовались ядра изотопа магния-18, которые существуют порядка триллиардной (10^-21) доли секунды.
За столь короткое время ядро изотопа не успевает даже «обрасти» электронными оболочками и превратиться в полноценный атом, прежде чем распасться на меньшие части. Таким образом, изотоп магний-18 может существовать только в виде «голых» ядер. Более того, голые ядра изотопа даже не успевают покинуть пределов тончайшей фольги бериллиевой мишени и распадаются, находясь еще внутри.
Это означает, что у ученых отсутствует возможность прямого изучения изотопа магний-18, но у них имеется возможность анализа последствий распада. Сначала этот изотоп избавляется от двух протонов, превращаясь в неон-16, который, в свою очередь, избавившись еще от двух протонов, становится кислородом-14. Анализируя количество свободных протонов, образовавшихся ядер неона и кислорода, ученые получают возможность высчитать некоторые из свойств исходного магния-18.
И в заключении следует отметить, что множество ученых добавляют каждый год новые записи в список известных изотопов, который сейчас состоит из нескольких тысяч пунктов. «Нам удалось добавить лишь одну маленькую каплю в ведро общих знаний» — пишут исследователи, — «И так, капля за каплей будут накапливаться наши знания до тех пор, пока их количество не перевалит за критическую отметку, после чего физика начнет открывать перед нами самые сокровенные из своих тайн».
Материалы по теме:
Posted in 
Tags: 