Эксперимент на установке FRIB в США выявил магнитную природу аномального усиления низкоэнергетических гамма-лучей

По сообщению Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса от 21 августа, новое исследование под руководством американской установки для исследования редких изотопов (FRIB) с участием исследователей из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса и других организаций дало новое экспериментальное объяснение давно существующему в области ядерной физики явлению “низкоэнергетического усиления”. Соответствующие результаты опубликованы в журнале Nature.

Эксперимент на установке для исследования редких изотопов (FRIB) принёс новые результаты, отвечая на фундаментальный вопрос о структуре атомного ядра. (Фото: FRIB)

Гамма-лучи представляют собой электромагнитное излучение. Возбуждённые атомные ядра в процессе радиоактивного распада теряют энергию и, переходя на более низкий и более стабильный энергетический уровень, испускают гамма-лучи. За последние десятилетия учёные обнаружили, что некоторые атомные ядра испускают аномально большое количество низкоэнергетических гамма-лучей, однако это явление наблюдается не у всех ядер, и теоретически его возникновение трудно надёжно предсказать.

В ходе данного исследования команда измерила гамма-лучи, образующиеся при распаде радиоактивных изотопов меди в цинк. Благодаря экспериментальным возможностям FRIB и специализированному оборудованию исследователям удалось разделить два различных состояния распада и проанализировать их по отдельности: одно связано с электрическим переходом, проявляющимся в изменении положения протонов в ядре; другое — с магнитным переходом, затрагивающим переориентацию внутренних магнитных моментов протонов и нейтронов в ядре.

Результаты эксперимента показали, что усиление низкоэнергетических гамма-лучей наблюдается только в состоянии распада, соответствующем магнитному переходу. Это даёт прямые доказательства магнитной природы явления “низкоэнергетического усиления” и устанавливает более чёткую связь между экспериментальными наблюдениями и теорией структуры ядра.

Исследователи отмечают, что, хотя данный эксперимент был сосредоточен на одной ядерной системе, полученные результаты могут способствовать совершенствованию более широких ядерных моделей и помочь учёным точнее моделировать ядерные реакции в звёздах, сверхновых и при слиянии нейтронных звёзд, включая механизмы образования тяжёлых элементов. Кроме того, эти результаты могут послужить новым ориентиром для исследований процессов, связанных с ядерной энергетикой, и для ядерно-криминалистического анализа.