Всего лишь несколько миллиардов атомов в год — и научное открытие. Лазер стал инструментом для изучения ядра элемента
Международная группа ученых впервые смогла с высокой точностью установить форму атомного ядра фермия-255 — одного из самых тяжелых химических элементов, известных науке. Исследование продемонстрировало, что ядро элемента с атомным номером 100 сильно вытянуто и по форме напоминает регбийный мяч. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Фермий не встречается в природе. Его необходимо получать искусственным путем, и доступное количество вещества настолько незначительно, что ученые годами готовили образцы для эксперимента. В результате исследователям удалось собрать материал, содержащий лишь несколько миллиардов атомов. Несмотря на такой небольшой запас, этого оказалось достаточно для проведения высокоточной лазерной спектроскопии.
Исследовался изотоп фермий-255, который включает 100 протонов и 155 нейтронов. Ученые направляли лазерное излучение на атомы и анализировали мельчайшие изменения энергетических уровней электронов. Поскольку внутренние электроны очень чувствительны к размерам и форме ядра, данный метод позволяет буквально «просвечивать» его структуру.
Эксперимент оказался весьма сложным. Для получения необходимого вещества применялась многоступенчатая схема производства через изотопы эйнштейния-254 и 255. Материал облучали нейтронами в США, затем транспортировали между несколькими научными учреждениями Европы, а сами измерения проводились в Германии на установке RISIKO. Времени на работу с изотопом 255Fm у физиков было крайне мало — период полураспада данного изотопа составляет 20 часов. В ходе эксперимента образцы нагревали до 1000 °C, чтобы атомы испарялись и могли взаимодействовать с лазерным лучом.
Полученные результаты не только позволили установить форму ядра, но и уточнили его магнитные характеристики. Более того, новые измерения показали, что некоторые значения, которые десятилетиями фигурировали в справочниках, оказались неверными. Современные теоретические модели, напротив, прекрасно совпали с результатами эксперимента.
Почему это важно? Форма ядра непосредственно связана со стабильностью сверхтяжелых элементов и их предрасположенностью к самопроизвольному делению. Чем лучше физики понимают структуру таких ядер, тем точнее могут прогнозировать свойства еще не открытых элементов на дальнем краю таблицы Менделеева. Это исследование поможет усовершенствовать модели ядерного деления и приблизит ученых к поиску долгоживущих сверхтяжелых элементов.