Американские физики из Университета Теннесси провели эксперимент, который пролил свет на один из ключевых процессов, ответственных за образование тяжелых элементов — таких как золото и платина — во Вселенной. Им удалось уточнить, как именно нестабильные атомные ядра распадаются и создают новые химические элементы в звездах. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).
Когда массивные звезды сталкиваются, взрываются или коллапсируют, внутри них запускается так называемый r-процесс — быстрый захват нейтронов. В его ходе ядро поглощает десятки нейтронов подряд, становится нестабильным и в итоге распадается, превращаясь в более устойчивые элементы. Именно так, как считают астрофизики, во Вселенной появились золото, уран и другие тяжелые вещества. Но детали этого процесса долгое время оставались загадкой.
Чтобы заглянуть в его механику, команда исследователей под руководством профессора Роберта Гживача и при участии аспирантов Питера Диззела и Джейкоба Гуджа использовала редкий изотоп — индий-134. Его нестабильные ядра были получены на установке ISOLDE в ЦЕРНе с помощью лазерной сепарации. При распаде индия образуются изотопы олова-134, олова-133 и олова-132, и именно в этих переходах ученые зафиксировали три уникальных явления.
Главный результат — первое в мире измерение энергий нейтронов при β-запаздывающем двойном нейтронном испускании. Этот редкий тип распада встречается только у экзотических ядер, существующих доли секунды. Измерить его оказалось крайне сложно: нейтроны не имеют заряда и легко рассеиваются, что затрудняет определение их количества и энергии.
«Это действительно большое событие, — отметил профессор Гживач. — Ранее никто не мог измерить энергию двух нейтронов, испущенных одновременно. Теперь у нас есть экспериментальные данные, которые открывают совершенно новое направление исследований».
Полученные результаты позволят ученым улучшить модели звездных катастроф, описывающих происхождение тяжелых элементов, и точнее предсказывать свойства экзотических ядер, которые играют ключевую роль в космической химии.