Artemis Spyrou and colleagues may have seen dineutrons outside decaying nuclei. (Courtesy: Michigan State University)
Динейтронный распад наблюдали в первый раз
Физики в США утверждают, что впервые были свидетелями излучения нейтронных пар при распаде атомных ядер. Такой «динейтронный» распад может расширить наши представление о сильном взаимодействии, которое отвечает за сохранение ядра как целого, и процессов, происходящих в нейтронных звездах.
Ядерный распад происходит, когда атомы изменяют форму, чтобы стать более стабильными. Наиболее известные типы: альфа-распад, в котором ядра гелия излучаются; бета-распад, в котором электрон или позитрон вылетает; гамма-распад, в котором гамма-лучи испускаются. В дополнение к этим имеются распады с испусканием одного протона или одного нейтрона.
Тем не менее, на протяжении десятилетий наблюдается интерес к редким формам распада. В 2002 году ученые обнаружили, что железо-45, - которое содержит на девять нейтронов меньше, чем наиболее стабильный изотоп железа, железо-54 - распадается с испусканием двух протонов. С тех пор появились некоторые доказательства того, что два протона, участвующих в таких выбросах в виде «дипротона» могут быть в паре недолго. Хотя все же это не четкое состояние: заряд протонов заставляет частицы отталкивать друг друга и поэтому их трудно идентифицировать вместе.
В принципе, наблюдение динейтрона должно быть менее двусмысленным, так как нейтроны не имеют электрического заряда, чтобы затуманить явление. Динейтроны были обнаружены косвенно в нейтронно-избыточных изотопах гелия, таких, как гелий-6 и гелий-8, где некоторые нейтроны существуют в «нейтронном гало» вокруг центра ядра. Теперь, однако, Артемида Шпиро (Artemis Spyrou) из
Мичиганского университета
и ее коллеги считают, что они обнаружили динейтроны вне ядра, при ядерном распаде. «Это важно само по себе, поскольку оно показывает свойство ядер, про которое мы не знали, а возможно ли оно», говорит Шпиро.
Слишком много нейтронов
Очевидно, что начать поиск динейтронного распада логично с ядер, которые содержат слишком много нейтронов - то есть, те ядра, которые хотели бы потерять по крайней мере два нейтрона, чтобы стать более стабильным. Такие нейтронно-избыточные ядра, как правило, выбрасывают один нейтрон за один раз, а не два сразу. Но не все ядра предпочитают такой степенный распад: бериллий-16 с неохотой выделяет один нейтрон, потому что в результате получится ядро бериллия-15, которое еще более нестабильно.
Группой Шпиро был рассмотрен бериллий-16 на предмет динейтронного распада. Они создали изотоп в
Национальной лаборатории сверхпроводящего циклотрона Мичиганского университета
путем удаления одного протона у бора-17. Сразу образовавшийся бериллий-16 выбрасывает два нейтрона. После изучения энергии и информации о положении всех трех частиц - двух нейтронов и оставшегося ядра бериллия-14 - ученые подсчитали, что два нейтрона были выброшены вместе, и в одном и том же направлении.
Шпиро говорит, что направление имеет важное значение для распознавания процесса динейтронного распада. Если бы нейтроны покидали ядро по отдельности, говорит она, угол между ними был бы почти случайным.
«Вынюхивание» истинных событий
Боб Чэрити (Bob Charity), химик, специализирующийся на ядерных реакциях и структуре ядра из
Университета Вашингтона в Сент-Луисе
, США, считает, что результаты впечатляют. «Один нейтрон может взаимодействовать с одной частью детектора, а в процессе рассеяния затем взаимодействовать с другой частью, что делает трудно отличимым одно-нейтронное событие от истинно двух-нейтронного события», говорит он. «Экспериментальные усилия ... следует похвалить за выслеживание двух-нейтронных событий в этой куче «поддельных» двух-нейтронных событий».
Тем не менее, некоторые ученые, в том числе и Боб Чэрити, сомневаются, что динейтрон следует рассматривать как четко определенный объект. Так как вылетевшие нейтроны уже скоррелированы внутри гало ядра бериллия, то они вероятно должны быть скоррелированы и вне ядра тоже и это не дает уверенности считать, что нейтроны действительно связаны друг с другом.
«Я не убежден, что они действительно видят этот новый тип частиц», сказал Марек Фютцнер (Marek Pfützner) для
physicsworld.com
. Марек Фютцнер, физик ядерщик из
Университета в Варшаве, Польша
, считает, что понятие динейтрона это «очень упрощенный способ описания данных эксперимента, который используется, когда более подробное и строгое описание отсутствует».
Шпиро считает, что ученые должны теперь понять, почему двух-нейтронный распад происходит, и для каких ядрах он наблюдается. «Мы уже имели некоторое указание на подобное поведение в ядрах кислорода-26, и мы планируем изучать еще более нейтронно-избыточные системы», говорит она. «Это единственный способ использовать это новое открытие для продвижения вперед в этой области и улучшения нашего понимания ядра».