Sciencemag.cz
Doporučujeme
Jádro atomu obsahující přebytek neutronů může kupodivu zvýšit svou stabilitu tím, že se zbaví protonu.
Wolfgang Mittig a Yassid Ayyad z Michigan State University se před třemi lety zaměřili na tzv. temný rozpad. Jedná se o hypotetický proces, který by mohl vysvětlovat temnou hmotu: určitá nestabilní atomová jádra by se mohla rozpadat způsobem, při němž by vznikaly částice temné hmoty.
Nic takového se objevit nepodařilo, nicméně značně exotické rozpady ano. V experimentech, jejichž výsledky byly publikovány v roce 2019, se beryllium-11 rozpadalo beta rozpadem na excitovaný stav bor-11, který se dále rozpadá na beryllium-10 a proton. V novém experimentu se podařilo poslední část procesu obrátit a získat z beryllia-10 bor-11.
Beryllium-11 je zvláštní forma tzv. halového jádra (od halo). Tento izotop má v jádře 4 protony a 7 neutronů. Na rozdíl od představy jádra jako jakési kaše z protonů a neutronů je v tomto případě 1 z neutronů vyvržen z centrální části a obíhá kolem, stále ovšem k jádru vázaný. Izotop beryllium-11 je nestabilní a rozpadá se beta rozpadem s poločasem 13,8 sekundy. Jeden z neutronů přitom vyvrhne elektron a změní se na proton, čímž se z prvku stane bor-11 (5 protonů, 6 neutronů). Původní teorie zněla tak, že pokud by přeměňující se neutron byl ten „venkovní“, mohlo by právě dojít k temnému rozpadu.
Žádný temný rozpad se zachytit nepodařilo, nicméně proces přesto probíhal odlišně a vedl k jiným produktům. Vědci navrhli jako vysvětlení, že by mohl vznikat bor-11 ve zvláštním excitovaném stavu a ten by se dále rozpadal na beryllium-10 a proton (zaznamenané produkty).
Nové experimenty ukázaly, že se děje právě tohle. Jedná se o velmi exotický typ rozpadu, kdy u jádra bohatého na neutrony dochází k tzv. protonové radioaktivitě; nedá se říct, že by celá reakce byla zrovna v souladu se stávajícími teoretickými modely. Autoři původního výzkumu nyní reakci obrátili. Začali s berylliem-10 (stabilní izotop s poločasem rozpadu 1,4 milionu let) a nechali ho v urychlovači pohlcovat protony. Když beryllium-10 absorbovalo proton o správné energii, jádro se dostalo do stejného excitovaného stavu bor-11, o kterém se vědci domnívali, že jej objevili o tři roky dříve. Pak proton zase vyvrhlo.
Práce má vztah k modelu tzv. otevřených kvantových systémů, tedy takových, které nejsou oddělené od svého okolí (jde vlastně o opak zjednodušených, idealizovaných scénářů, které považujeme za izolované).
Rozpad neutronu v halo u beryllia-11 vede k velmi exotickému procesu radioaktivního rozpadu. Credit: Michigan State University.
Y. Ayyad et al, Evidence of a Near-Threshold Resonance in B11 Relevant to the β -Delayed Proton Emission of Be11, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.012501
Zdroj: Michigan State University / Phys.org
