Doktorant NCBJ pomógł zaobserwować najszybszy rozpad alfa
Międzynarodowy zespół po raz pierwszy bezpośrednio zaobserwował wyjątkowo szybką przemianę alfa telluru-104 (104Te). Wśród autorów odkrycia są Ian Cox i Robert Grzywacz z Uniwersytetu Tennessee, Krzysztof Rykaczewski z Oak Ridge National Laboratory oraz Aleksander Augustyn – doktorant IV roku Szkoły Doktorskiej Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ). Ich wspólna praca doprowadziła do bezpośredniego zaobserwowania superdozwolonego charakteru przemiany alfa telluru-104, czyli wyjątkowo dużego prawdopodobieństwa emisji cząstki alfa. Fizycy przewidywali to zjawisko od kilkudziesięciu lat, lecz nigdy wcześniej nie zdołali go zmierzyć. Według autorów jest to najbardziej skrajny znany przypadek wcześniejszego uformowania cząstki alfa w jądrze atomowym.
Badanie dotyczy jednego z podstawowych pytań fizyki jądrowej: skąd w jądrze atomowym bierze się cząstka alfa, zanim zostanie z niego wyemitowana? Cząstka alfa składa się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Jej ucieczkę z jądra fizycy opisują jako tunelowanie przez barierę potencjału – zjawisko znane z mechaniki kwantowej. Znacznie trudniejsze jest jednak wyjaśnienie, jak taka cząstka w ogóle powstaje wewnątrz jądra.
Szczególnie interesujący jest tu tellur-104. Jego budowę można wyobrazić sobie jako jądro cyny-100 z „doklejoną" cząstką alfa. Cyna-100 to jądro podwójnie magiczne – zarówno jej protony, jak i neutrony tworzą wyjątkowo stabilny układ. Dzięki temu tellur-104 jest dla fizyków czymś w rodzaju laboratorium, które pozwala sprawdzić, czy przy tak stabilnym rdzeniu cząstka alfa łatwiej formuje się na powierzchni jądra jeszcze przed rozpadem.
Zatrzymajmy się przez chwilę przy tej „magii”. Z modelu powłokowego możemy wywnioskować, że te jądra, których powłoki są wypełnione, mają większą energię wiązania, są zatem bardziej stabilne niż inne jądra. Liczby protonów i neutronów, dla których powłoki są wypełnione, nazywane są liczbami magicznymi. Obecnie uznane liczby magiczne zarówno dla protonów jak i neutronów to 2, 8, 20, 28, 50, 82 i 126. Jeśli mamy do czynienia z jądrem, dla którego i protony, i neutrony występują w liczbie magicznej, mówimy o jądrze podwójnie magicznym. Sn-100 ma po 50 protonów i neutronów.
Autorzy pracy zmierzyli czas półtrwania telluru-104 i ustalili, że wynosi on zaledwie 7,2 nanosekundy (z niepewnością +2,3/−1,5 ns). Jest to najszybszy rozpad alfa spośród wszystkich znanych nuklidów, niemal osiem razy szybszy od dotychczasowego rekordzisty.
Jak komentuje Aleksander Augustyn: Mechanizm, który obserwujemy tu w tak skrajnej postaci – wcześniejsze formowanie się cząstki alfa wewnątrz jądra – może pomóc w zrozumieniu przemiany alfa jąder ciężkich i superciężkich. Tak ekstremalny pomiar dostarcza twardych danych do testowania modeli teoretycznych.
Spośród kilkunastu porównanych modeli teoretycznych niemal wszystkie zaniżały zmierzony współczynnik preformacji, czyli stopień „ukształtowania się” cząstki alfa jeszcze przed emisją. Jedynym zgodnym z danymi okazało się podejście zakładające, że cząstka alfa formuje się wyłącznie na powierzchni jądra, w obszarach o obniżonej gęstości materii jądrowej. Tellur-104, choć istnieje przez ułamek ułamka sekundy, może stać się jednym z najważniejszych jąder do testowania teorii opisujących strukturę materii jądrowej.
Wyniki badań opublikowano w Nature.
Komentarze (0)