Научно откритие: Тежки елементи като злато и платина се образуват при екстремни космически условия

Учени от Университета на Тенеси, САЩ, са направили няколко важни открития, които помагат да се разбере как във Вселената се образуват тежки елементи, включително злато и платина, пише "Сайънс дейли".

Тежките елементи възникват при екстремни космически условия - например при експлозии на свръхнови или сблъсъци на неутронни звезди. При подобни събития се задейства така нареченият r-процес (rapid neutron capture) - бързо улавяне на неутрони от атомните ядра. Ядрата последователно поглъщат неутрони, стават нестабилни и след това се разпадат, превръщайки се в по-устойчиви елементи.

Въпреки това много от ядрата, участващи в този процес, са изключително редки и съществуват за части от секундата, поради което е трудно да бъдат изследвани директно. За да изучат тези превръщания, авторите на настоящото изследване са провели експерименти в ЦЕРН.

Изследователите са работили с рядък изотоп на индий-134. При неговия разпад се образуват възбудени състояния на изотопи на калай - калай-134, калай-133 и калай-132. За да регистрират продуктите на разпада, учените са използвали специален неутронен детектор.

Най-важният резултат е бил първото измерване на енергията на неутроните, възникващи при така нареченото бета-забавено излъчване на два неутрона. Този рядък тип разпад се случва само в много нестабилни ядра.

"Освобождаването на два неутрона е най-важният резултат от нашата работа", казва професор Робърт Гживоч от изследователския екип.

Подобни процеси са трудни за измерване, тъй като неутроните лесно се разсейват. В резултат на това експериментално е трудно да се определи дали ядрото е освободило един или два неутрона. Предишни експерименти изобщо не са измервали енергията на неутроните, поради което използваната в настоящото изследване методика открива нови възможности за изследвания.

Вторият важен резултат е първото наблюдение на отдавна предсказаното неутронно състояние в ядрото на калай-133. Според учените това състояние представлява междинен етап в процеса на освобождаване на два неутрона.

По-рано се е смятало, че след разпада ядрото бързо "забравя" предишното си състояние и просто освобождава неутрони за охлаждане. Новите данни обаче показват, че то частично запазва информация за това как се е образувало.

Третото откритие е свързано с факта, че новото състояние на ядрото възниква по начин, различен от предсказанията на съществуващите статистически модели. Това означава, че теоретичните представи за поведението на нестабилните ядра може да са непълни.

Подобрените модели на r-процеса ще помогнат на учените да разберат по-добре химическата еволюция на Вселената и да обяснят как тежки елементи като злато и платина се образуват при звездни експлозии и сблъсъци.

Според авторите на изследването, публикувано в сп. Physical Review Letters, по-нататъшното изучаване на нестабилните ядра може да промени представите за образуването на химичните елементи във Вселената и какви процеси протичат при най-екстремните астрофизични събития.