Технології та наука Кидає виклик теоріям: фізики вперше отримали дуже важку версію водню особливим способом
Фізики з Німеччини, Японії та Китаю провели унікальний експеримент за допомогою прискорювача частинок MAMI в Майнцському університеті імені Йоганна Гутенберга. Вперше за допомогою розсіювання електронів вдалося отримати один із найважчих ізотопів водню: водень-6. Це дослідження має дуже велике значення і ось чому.
Related video
Про це пише Interesting Engineering.
У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!
Водень та його ізотопи
Водень є найпоширенішим хімічним елементом у Всесвіті. Фактично після створення Всесвіту 13,8 млрд років він був заповнений воднем з невеликою кількістю гелію і крихітною кількістю літію.
Ізотопами називають версії атомів хімічних елементів із різною кількістю нейтронів у ядрі. Ядра атомів складаються з протонів і нейтронів, а навколо них обертаються електрони. На відміну від електронів, які самі по собі є фундаментальними частинками, протони та нейтрони складаються з кварків, ще менших фундаментальних частинок, які мають 6 різновидів. Протони та нейтрони, які називають нуклонами, складаються з трьох кварків.
У водню є 7 ізотопів:
- Водень-1 або протій;
- Водень-2 або дейтерій;
- Водень-3 або тритій;
- Водень-4 або квадій;
- Водень-5;
- Водень-6;
- Водень-7.
Найпоширенішим ізотопом водню є протій. Дейтерій і тритій використовують, наприклад, в експериментах із термоядерним синтезом, у спробах отримати безмежну чисту енергію.
Відкриття кидає виклик теоріям
Вчені кажуть, що вони за допомогою прискорювача частинок і пучка електронів отримали один із найважчих ізотопів водню і результати дослідження кидають виклик поточному розумінню багатонуклонних взаємодій у ядрі атома. Виявилося, що незважаючи на передбачення різних теорій, водень-6 має нижчу енергію основного стану.
Це означає, що взаємодії між кількома нейтронами в нестабільному ядрі атома водню-6 сильніші, ніж очікувалося. Фізики кажуть, що відкриття змушує переоцінити багатонуклонні сили в дуже багатих на нейтрони середовищах.
Водень-6 складається з одного протона і п'яти нейтронів і разом із воднем-7 (складається з протона і 6 нейтронів) має найвищі відомі на сьогоднішній день співвідношення нейтронів до протонів.
За словами вчених, розуміння таких екзотичних ізотопів має вирішальне значення для відповіді на фундаментальні питання про те, скільки нейтронів може міститися в ядрі атома.
Як фізики отримали водень-6?
Вчені створили новий метод для отримання водню-6 за допомогою високоенергетичного електронного пучка. Пучок запустили в прискорювачі частинок у мішень із літію-7 (ізотоп літію) і почався двоетапний процес.
Спочатку взаємодія електронів збуджувала протон усередині ядра атома літію, змушуючи його розпадатися на нейтрон і піон. Якщо нейтрони і протони належать до класу баріонів, то піони — це частинки мезони, що складаються з одного кварка й одного антикварка, тобто частинки антиматерії.
Вчені кажуть, що нейтрон згодом передає свою енергію протону всередині ядра, і це призводить до створення багатого на нейтрони водню-6. Водночас піон і протон залишають ядро. Для виявлення водню-6 знадобилося одночасне вимірювання розсіяного електрона, викинутого піона і викинутого протона з використанням трьох магнітних спектрометрів
Висока точність і низький фоновий шум експерименту підтвердили виробництво важкого ізотопу водню і те, що він має несподівано низький енергетичний стан.
Як уже писав Фокус, нове відкриття, яке стосується чорних дір, може призвести до виявлення невідомої фізики.
