Физики впервые детально измерили редкий альфа-распад теллура-104

Альфа-распад — это процесс, при котором атомное ядро испускает α-частицу, представляющую собой ядро гелия-4 — прочную связанную систему из двух протонов и двух нейтронов. Эта частица туннелирует через энергетический барьер, окружающий тяжелое ядро. Однако ученые до сих пор не уверены, как именно внутри первичного ядра с равномерным распределением материи образуется α-частица. Считается, что существует механизм кластеризации нуклонов, который приводит к формированию будущего ядра гелия-4, но что запускает этот процесс — неизвестно.

Долгожданные измерения на ускорителе RIKEN

Физики давно предполагали, что ядро теллура-104 может помочь понять механизм предформирования альфа-частиц. Однако получить это ядро для экспериментов непросто: изотоп не встречается в природе, живет всего несколько наносекунд и возникает в результате распада ксенона-108, который тоже сложно получить. Благодаря усовершенствованиям на фабрике радиоактивных изотопных пучков (RIBF) в японском научном центре RIKEN, исследователи наконец смогли провести необходимые измерения.

В системе из четырех ускорителей разогнали пучок ксенона-124 и ударили им в мишень из бериллия. При столкновении образовались фрагменты ксенона-108, которые затем распались до теллура-104, а тот — до олова-100. Физики точно измерили время жизни и энергию распада теллура-104.

Уникальные свойства теллура-104

Результаты, опубликованные в журнале Nature, показали, что вероятность предформирования альфа-частицы в ядре теллура-104 оказалась намного выше, чем следовало из предсказаний, основанных на имеющихся экспериментальных данных. «Мы выяснили, что теллур-104 — самое короткоживущее из известных альфа-радиоактивных ядер с периодом полураспада 7,2 наносекунды. Этот очень короткий период полураспада, скорректированный по энергии распада, дает необычно высокую вероятность предформирования альфа-частицы. По-видимому, среди всех ядер это будет единственный в своем роде случай», — рассказал профессор Роберт Гживач.

Для сравнения, у ближайшего похожего примера — распада полония-212 в свинец-208 — вероятность предформирования альфа-частицы в десять раз меньше, чем у теллура-104. Исследовательская группа связывает высокую вероятность предформирования с тем, что теллур-104 можно рассматривать как недолговечную «молекулу», состоящую из олова-100 и гелия-4. Оба ядра — дважды магические: у них полностью заполнены ядерные оболочки, что говорит о стабильности и высокой энергии связи. Это создает благоприятные условия для образования альфа-частицы.

Новые данные расширяют и дополняют понимание процессов ядерного распада. Ученые надеются, что дальнейшие исследования теллура-104 и подобных ядер помогут окончательно разобраться в механизмах кластеризации нуклонов, которые остаются одной из ключевых загадок ядерной физики.