В исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, учёные из Центра исследования тяжёлых ионов имени Гельмгольца (GSI) обнаружили новый сверхтяжёлый изотоп — 257Sg (сиборгий). Его свойства помогают лучше понять стабильность ядер и процесс деления у самых тяжёлых элементов.
Свойства сверхтяжёлых элементов
Сверхтяжёлые элементы существуют в хрупком равновесии между притягивающей ядерной силой, которая удерживает протоны и нейтроны вместе, и отталкивающей электромагнитной силой, которая расталкивает положительно заряженные протоны. Без квантовых оболочечных эффектов, аналогичных электронным оболочкам в атомах, эти массивные ядра распадались бы менее чем за триллионную долю секунды.
Открытие нового изотопа
Международная исследовательская группа использовала газовый сепаратор отдачи TASCA в GSI для создания 257Sg путём реакций слияния между ядрами хрома-52 и свинца-206. Они обнаружили, что новый изотоп живёт 12,6 миллисекунд, что дольше, чем у его соседа — изотопа 258Sg, и распадается как через спонтанное деление, так и через испускание альфа-частиц.
Путь альфа-распада оказался особенно показательным. Когда 257Sg испускает альфа-частицу, он превращается в 253Rf (рутений), который затем подвергается делению всего через 11 микросекунд.
Это наблюдение подтверждает недавние выводы, которые ставят под сомнение традиционное понимание того, как угловой момент влияет на деление ядра. Хотя ожидалось, что более высокие квантовые числа K будут препятствовать делению, новые данные показывают, что эта взаимосвязь может быть более сложной, чем считалось ранее.
Важные открытия
Команда также обнаружила первое K-изомерное состояние в изотопе сиборгия. K-изомеры — это особые ядерные конфигурации с высоким угловым моментом, которые сопротивляются делению гораздо эффективнее, чем обычные ядерные состояния.
В 259Sg исследователи обнаружили сигнал конверсионного электрона, появляющийся через 40 микросекунд после формирования ядра, что является убедительным доказательством существования K-изомерного состояния, которое может быть стабильным против деления в сотни раз дольше, чем основное состояние.
Это открытие заполняет важный пробел в понимании учёными сверхтяжёлых элементов и может иметь серьёзные последствия для будущих исследований по обнаружению элементов.
Будущие исследования
Учёные давно искали теоретический «остров стабильности» — область, где некоторые сверхтяжёлые ядра могут существовать в течение длительного времени из-за благоприятных оболочечных эффектов. Однако новые данные показывают, что этот ландшафт может быть более сложным, чем предполагалось.
Исследователи предполагают, что ещё не открытый 256Sg может иметь значительно более короткий период полураспада, чем предполагают теоретические прогнозы, потенциально сокращаясь с прогнозируемых 6 микросекунд до всего одной наносекунды. Такое значительное отклонение в стабильности представляет собой важное новое открытие в ядерной физике.