Как във Вселената се раждат златото и платината: нови ядрени измервания

Нов поглед върху произхода на тежките елементи

Екип от Университета на Тенеси (САЩ) направи поредица от експерименти, които хвърлят допълнителна светлина върху начина, по който във Вселената се образуват тежки елементи като злато и платина, съобщава “Сайънс дейли”.

Къде и как се формират тежките елементи

Тежките елементи възникват при крайно екстремни астрофизични събития — например при експлозии на свръхнови и при сблъсъци на неутронни звезди. В тези условия доминира т.нар. r-процес (rapid neutron capture), при който атомните ядра улавят бързо голям брой неутрони. Поглъщайки неутрони, ядрата стават нестабилни и по-късно се разпадат в по-устойчиви елементи.

Какво измериха в ЦЕРН

Проблемът е, че много от ядрата, участващи в r-процеса, са изключително редки и съществуват само части от секундата. За да изследват тези превръщания, учените провеждат експерименти в ЦЕРН, работейки с редкия изотоп индий-134. При разпада на този изотоп се образуват възбудени състояния на калай-134, калай-133 и калай-132, които излъчват неутрони и могат да бъдат регистрирани с чувствителни неутронни детектори.

Първо измерване на енергията на бета-забавено излъчване на два неутрона

Най-важният резултат от изследването е първото директно измерване на енергията на неутроните, отделени при т.нар. бета-забавено излъчване на два неутрона — рядък тип разпад, наблюдаван само при много нестабилни ядра. Както отбелязва проф. Робърт Гживоч от екипа, „освобождаването на два неутрона е най-важният резултат от нашата работа”.

Тези измервания са предизвикателни, защото неутроните лесно се разсейват и е трудно да се установи дали дадено ядро е освободило един или два неутрона. Досега по-ранни експерименти не са отчели енергията на отделените неутрони; използваната в това изследване методика отваря нови възможности за прецизни наблюдения.

Откритие на предсказано неутронно състояние

Вторият ключов резултат е първото наблюдение на отдавна предсказано неутронно състояние в ядрото на калай-133 — състояние, което учените смятат за междинен етап в процеса на отделяне на два неутрона. Това промени частично представата, че ядрата „забравят” своята история след разпада и само отделят неутрони за “охлаждане”; новите данни показват, че те запазват частична информация за начина, по който са били формирани.

Последици за теоретичните модели

Третият важен извод е, че наблюдаваното състояние в калай-133 се появява по начин, който се различава от предсказанията на съществуващите статистически модели. Това подсказва, че настоящите теоретични представи за поведението на много нестабилни ядра може да са непълни и изискват актуализация.

Какво означава за космичната химия

Подобряването на моделите на r-процеса ще помогне на астрономите и ядрените физици да реконструират по-точно химическата еволюция на Вселената и механизмите, чрез които се образуват елементи като злато и платина при звездни експлозии и сблъсъци на компактни обекти. Резултатите са публикувани в списание Physical Review Letters, а авторите подчертават, че по-нататъшното изучаване на нестабилните ядра може да доведе до преразглеждане на дългогодишни представи за нуклеосинтезата.