Ученые приблизились к разгадке давней задачи ядерной физики, связанной с тем, почему некоторые атомные ядра испускают больше низкоэнергетических гамма-лучей, чем ожидается. Исследование провела команда Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) при участии специалистов Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). Результаты опубликованы в Nature.
Гамма-лучи относятся к электромагнитному излучению и возникают, когда возбужденные атомные ядра теряют энергию и переходят в более устойчивое состояние при радиоактивном распаде. На протяжении десятилетий ученые наблюдали у части ядер неожиданный рост числа таких излучений низкой энергии. Этот эффект называют low-energy enhancement, но предсказать, где именно он проявится, до сих пор было сложно. По данным материала, именно магнитные переходы внутри ядра могут объяснять это явление, сообщает первоисточник.
Чтобы проверить гипотезу, исследователи изучили гамма-излучение при распаде радиоактивного изотопа меди в цинк. Специальные инструменты FRIB позволили разделить два типа распада и рассмотреть их по отдельности. В одном случае речь шла об электрическом переходе, когда внутри ядра смещались протоны, в другом — о магнитном, при котором внутренние магнитные моменты нейтронов и протонов меняли направление.
Именно магнитный переход дал тот самый избыток низкоэнергетических гамма-лучей. Это, по словам авторов, указывает на магнитную природу эффекта и помогает связать экспериментальные данные с теорией. Участники работы считают это важным шагом к более цельному объяснению давно наблюдаемого явления.
Хотя исследование было сосредоточено только на одном ядре, его выводы могут пригодиться при создании более точных моделей для широкого круга элементов и реакций. В работе отмечается, что улучшенная теория способна помочь и в оценке характеристик ядерных материалов, и в анализе результатов прошлых испытаний. Кроме того, это может усилить возможности ядерной криминалистики, то есть определения факта ядерного события и наиболее вероятного источника.
Авторы также полагают, что результаты важны для моделирования процессов в звездах, сверхновых и при слиянии нейтронных звезд. Речь идет и о реакциях, связанных с образованием тяжелых элементов. Отдельно подчеркивается, что работа может быть полезна и для более глубокого понимания процессов, значимых для ядерной энергетики.
