Исследование FRIB в США выявило, что усиление низкоэнергетических гамма-лучей связано с магнитными переходами в атомных ядрах

Международная исследовательская группа под руководством американской установки для пучков редких изотопов (FRIB) с участием Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) и других организаций недавно опубликовала результаты исследования в журнале Nature, объяснив давний вопрос в области ядерной физики: почему некоторые атомные ядра испускают аномально большое количество низкоэнергетических гамма-лучей.

Фото: FRIB

Гамма-лучи — это тип электромагнитного излучения. Возбуждённые атомные ядра в процессе радиоактивного распада испускают гамма-лучи и постепенно переходят на более низкие, более стабильные энергетические уровни. За последние десятилетия учёные обнаружили, что у некоторых атомных ядер наблюдается явление «низкоэнергетического усиления», то есть количество испускаемых низкоэнергетических гамма-лучей превышает ожидаемое. Однако это явление не является повсеместным, и теоретически трудно предсказать, где оно проявится.

В ходе данного исследования группа измерила гамма-излучение, возникающее при распаде радиоактивных изотопов меди в цинк. Благодаря возможностям пучков FRIB и специализированным приборам учёные выделили два различных типа состояний распада: один связан с электрическими переходами, то есть перестройкой протонов в ядре при распаде меди; другой — с магнитными переходами, то есть изменением внутренней магнитной ориентации нейтронов и протонов в атомном ядре.

Результаты эксперимента показали, что усиление низкоэнергетических гамма-лучей наблюдалось только в состояниях распада, сопровождающихся магнитными переходами. Это даёт прямые доказательства магнитного происхождения явления «низкоэнергетического усиления» и устанавливает более чёткую связь между экспериментальными наблюдениями и теоретическими объяснениями.

Исследователи отметили, что, хотя данный эксперимент был проведён только на одной ядерной системе, его результаты помогут улучшить модели структуры атомных ядер и могут повлиять на астрофизические симуляции, включая исследования ядерных процессов в звёздах, сверхновых и слияниях нейтронных звёзд, а также на понимание реакций образования тяжёлых элементов. Соответствующие результаты также могут быть использованы в качестве справочного материала для исследований в области ядерной безопасности, включая ядерную криминалистику.