Международная научная группа под руководством Института ядерной физики Университета им. Иоганна Гутенберга в Майнце (JGU) впервые в мире создала один из самых богатых нейтронами изотопов — водород-6. Этот изотоп состоит из одного протона и пяти нейтронов. Эксперимент выполнялся на ускорителе частиц Mainz Microtron (MAMI) с использованием высокоэнергетического электронного пучка мощностью 855 МэВ, что позволило разработать новый метод для изучения экзотических ядер. Совместные исследования с учеными из Китая и Японии показали, что энергия основного состояния водород-6 ниже теоретических прогнозов, что требует пересмотра существующих моделей нейтронных взаимодействий в нестабильных ядрах.
Эксперимент в MAMI применил инновационный двухступенчатый процесс. Электронный пучок с энергией 855 МэВ нацеливался на специально подготовленную мишень из лития-7. Вначале электрон взаимодействовал с протоном в литиевом ядре, вызывая его деление на нейтрон и пион. Затем этот нейтрон передавал энергию второму протону, что приводило к формированию водорода-6 и остаточного ядра. Для фиксирования слабо выраженных сигналов водорода-6 использовались три высокоточных магнитных спектрометра, которые одновременно регистрировали рассеянные электрон, пион и протон. «Эта методика уникальна благодаря качеству пучка MAMI и точным спектрометрам», — заявил профессор Йозеф Похозалла из JGU.
Создание водорода-6 представляло собой значительный вызов. Ученые разработали удлиненную мишень из лития (длиной 45 мм и толщиной 0,75 мм), что увеличило вероятность взаимодействий. Работа с хрупким и химически активным литием была особенно сложной. В течение четырех недель эксперимента фиксировалось около одного события водорода-6 в день, но высокая точность и низкий уровень фонового шума позволяли подтвердить создание изотопа. Удивительно, что энергия основного состояния водорода-6 оказалась ниже ожидаемой, указывая на более мощные нейтронные взаимодействия в ядре.
Водород-6, с соотношением нейтронов к протонам 5:1, находится на грани ядерной стабильности. Изучение таких изотопов помогает выяснить, сколько нейтронов способно удерживать ядро. «Маргинальные данные об экзотических ядрах и противоречивые результаты часто ставят под сомнение наши знания», — подчеркивают ученые. Новый метод открыл возможность исследования других нейтронно-избыточных ядер, таких как водород-7, что также улучшит понимание многочастичных взаимодействий. Это важно не только для ядерной физики, но и для астрофизики, поскольку такие ядра играют значительную роль в процессах звездообразования.
Источник: iXBT
