Всего лишь несколько миллиардов атомов в год — и научное открытие. Лазер стал ключом к пониманию структуры ядра элемента
Международная команда ученых впервые с высокой точностью смогла определить форму атомного ядра фермия-255 — одного из тяжелейших химических элементов, известных науке. Исследование показало, что ядро элемента с атомным номером 100 значительно вытянуто и напоминает мяч для регби. Результаты были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Фермий не встречается в природных условиях. Его необходимо производить искусственно, и количество доступного вещества настолько невелико, что ученые годами готовили образцы для проведения эксперимента. В итоге им удалось собрать материал, содержащий всего несколько миллиардов атомов. Несмотря на столь небольшой запас, этого оказалось достаточно для проведения высокоточной лазерной спектроскопии.
Объектом исследования стал изотоп фермий-255, содержащий 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, такой подход позволяет фактически «просвечивать» его структуру.
Проведение эксперимента оказалось крайне трудным. Для получения нужного вещества использовали многоступенчатую технологию синтеза через изотопы эйнштейния-254 и 255. Материал облучали нейтронами в США, затем перемещали между несколькими научными центрами Европы, а сами измерения проводили в Германии на установке RISIKO. Физики располагали очень ограниченным временем для работы с 255Fm — период полураспада этого изотопа составляет 20 часов. Во время эксперимента образцы нагревали до 1000 °C, чтобы атомы испарялись и могли взаимодействовать с лазерным лучом.
Собранные данные позволили не только установить форму ядра, но и уточнить его магнитные характеристики. Более того, новые измерения показали, что некоторые значения, десятилетиями фигурировавшие в справочниках, были ошибочными. Современные теоретические модели, напротив, прекрасно совпали с экспериментальными результатами.
Почему это имеет значение? Форма ядра напрямую влияет на стабильность сверхтяжелых элементов и их предрасположенность к самопроизвольному делению. Чем лучше физики понимают структуру таких ядер, тем точнее могут прогнозировать свойства еще не открытых элементов на окраине таблицы Менделеева. Это исследование поможет усовершенствовать модели ядерного деления и приблизит ученых к поиску долгоживущих сверхтяжелых элементов.