Впервые зафиксирован редкий тип радиоактивного распада

• 06.09.2023
• 109 просмотров

Изображение: J. Bishop / phys.org

Ученые из США, Южной Кореи и Франции впервые наблюдали редкий распад ядра изотопа кислорода-13 на три ядра гелия, протон и позитрон. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters. Кратко о научной работе рассказывается в пресс-релизе Министерства энергетики США.

Бета-распад — это тип радиоактивного распада, когда ядро атома генерирует и испускает бета-частицу, которая может быть позитроном или электроном, при этом атом сохраняет массовое число, но изменяется число протонов. Существует несколько разновидностей бета-распада, в том числе бета-минус-распад, когда нейтрон превращается в протон, при этом создаются электрон и электронное антинейтрино, и бета-плюс-распад, когда протон превращается в нейтрон с испусканием позитрона и электронного нейтрино.

После первоначального бета-распада образовавшееся ядро может обладать достаточной энергией, чтобы испустить еще несколько частиц и окончательно стать стабильным. Например, может происходить редкий протонный распад, когда испускается протон, и альфа-распад, когда испускается ядро гелия. Хотя ученые уже наблюдали бета-распад кислорода-13 (имеет восемь протонов), в результате чего образуется изотоп азота-13 в возбужденном состоянии (имеет семь протонов), редкие события распада последнего — так называемый бета-3αp-распад — до сих пор не регистрировались.

В ходе эксперимента был использован ускоритель частиц в Циклотронном институте Техасского университета A&M для производства пучка радиоактивных и высокоэнергетических ядер кислорода-13, двигающихся со скоростью приблизительно 10 процентов скорости света. Частицы по одной были направлены внутрь устройства ACTAR TPC (англ. Texas Active Target time projection chamber) — камеру, наполненную углекислым газом, который одновременно действует как активная мишень для генерации событий распада и как чувствительная среда для обнаружения продуктов распада.

Ядра резко останавливаются внутри детектора и примерно через десять миллисекунд распадаются с испусканием позитрона и электронного нейтрино. Ученые идентифицировали частицы, которые возникали после этого бета-плюс-распада, по следам, оставляемым ими в газе. Всего в камеру были имплантированы 190 тысяч изотопов, и было зафиксировано 149 событий бета-3αp-распада, то есть на последние приходится 0,078 процентов от общего числа бета-распадов. Ученые также зафиксировали редкие возбужденные состояния азота-13, прежде чем те подверглись 3αp-распаду.

Изучение различных режимов радиоактивных распадов позволяет ученым больше узнать о так называемых кластерных конфигурациях ядра, то есть о том, как протоны и нейтроны внутри атомного ядра объединяются в связанные группы — кластеры, и как эти конфигурации в конечном итоге влияют на поведение самого ядра.