Ученые из Университета Теннесси добились впечатляющего научного прорыва: их исследование позволило по-новому взглянуть на происхождение драгоценных и редких элементов вроде золота и платины во Вселенной. Полученные в ходе эксперимента результаты опубликованы в авторитетном журнале Physical Review Letters и открывают уникальные перспективы для современной астрофизики и ядерной физики.
R-процесс: как во Вселенной рождаются тяжелые элементы
Когда на просторах космоса сталкиваются, взрываются или погибают массивные звезды, в их недрах запускается р-процесс — быстрая серия захватов нейтронов, благодаря которой атомные ядра стремительно становятся тяжелее. При этом возникают экзотические, крайне нестабильные ядра. Эти ядра «захватывают» многочисленные нейтроны, а затем испытвают β-распад, в результате чего трансформируются в новые элементы — более устойчивые и значительно тяжелее своих предшественников.
Эксперты многих стран давно предполагали, что именно по такому механизму во Вселенной формируется золото, уран и платина, но тонкости столь сложных космических процессов долгое время оставались загадкой. Ядерные превращения невозможно напрямую увидеть, и ученым необходимы были новые экспериментальные подходы для того, чтобы в деталях воссоздать путь этих элементов из огненной среды сверхновых и столкновений нейтронных звезд.
Эксперимент в ЦЕРН: уникальные данные о редком изотопе
Именно к такой задаче подошла группа исследователей под руководством профессора Роберта Гживача из Университета Теннесси. Совместно с молодыми учеными — Питером Диззелом и Джейкобом Гуджем — им удалось реализовать самый инновационный эксперимент на легендарной установке ISOLDE в ЦЕРН. Для изучения был выбран редкий изотоп индий-134, получаемый методом лазерной сепарации. Этот изотоп отличается крайне нестабильной структурой ядра и способен просуществовать лишь считанные мгновения.
При радиоактивном распаде индия-134 возникают различные изотопы олова — 134, 133 и 132. Именно на этих переходах фиксировались уникальные явления, ранее не наблюдаемые в мировой науке. Главной сенсацией стало первое в истории измерение энергии нейтронов, возникающих в процессе β-запаздывающего двойного нейтронного испускания. Этот тип распада невероятно редок и свойственен исключительно для экзотических ядер, жизнь которых измеряется миллисекундами.
Фокус эксперимента был в том, чтобы не просто зафиксировать излучение нейтронов (что само по себе крайне сложно из-за их отсутствия электрического заряда и высокого рассеяния), а определить их энергию — важнейший для моделирования параметр. Уникальные технические решения позволили собрать экспериментальные данные, которые, по словам профессора Роберта Гживача, открывают совершенно новое направление поиска и изучения механизмов ядерных превращений.
Потенциал открытия: новые горизонты для космохимии
Впервые полученные экспериментальные значения, характеризующие энергетические параметры нейтронов при двойном испускании, пригодятся для уточнения астрофизических моделей катастрофических событий — таких как слияния нейтронных звезд и вспышки сверхновых. Теперь ученым намного проще описывать путь рождения тяжелых элементов, предсказывать свойства самых неуловимых изотопов и реконструировать «биографию» золота, платины и иридия, присутствующих на нашей планете.
Усовершенствованные модели р-процесса способны объяснить, почему тяжелые элементы так неравномерно распределены по галактикам и как именно формировались химические богатства еще на заре существования Вселенной. По мнению команды, новые знания позволят связать микромир быстрых ядерных реакций с масштабами целых звездных систем, подчеркивая единство устройства природы и фантастическую взаимосвязь процессов.
Будущее фундаментальных исследований: оптимизм и прогресс
Позитивный настрой исследователей вполне оправдан — их труд расширяет границы познаваемого и обещает ряд новых удивительных открытий. Стремление разобраться, как возникли самые драгоценные элементы, вдохновляет современных ученых и подчеркивает исключительную ценность международного сотрудничества и высокотехнологичных экспериментов.
Не исключено, что в ближайшие годы опыт, полученный в результате работы команды Университета Теннесси, Роберта Гживача, Питера Диззела и Джейкоба Гуджа, даст ответы на еще более амбициозные вопросы о происхождении материи. Ведь наука становится ближе к разгадке великих тайн Вселенной, а современные исследования позволяют все отчетливее видеть многообразие и гармонию космического мира.
Источник: www.gazeta.ru
