Открыт уникальный сверхлегкий изотоп алюминия: он испускает три протона22.07.2025 13:16

Радиоактивный распад — фундаментальный процесс в природе, при котором нестабильное атомное ядро теряет энергию в результате излучения. Изучение режимов ядерного распада имеет решающее значение для понимания свойств атомных ядер. Экзотические режимы распада, такие как излучение протонов, предоставляют важные спектроскопические инструменты для исследования структуры ядер, расположенных далеко от «долины стабильности».

В исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters 10 июля, ученые из Института современной физики (IMP) Китайской академии наук сообщили о первом наблюдении и спектроскопии алюминия-20, ранее неизвестного и нестабильного изотопа, который распадается в результате редкого процесса трехфазного распада — излучения протонов.

У алюминия весьма широкая линейка изотопов. Самым легким до сих пор считался 21Al с периодом полураспада всего 13 наносекунд. Самый тяжелый представитель — 43Al. Стабилен единственный изотоп 27Al. Долгожителем с периодом полураспада 72 тысячи лет является 26Al, но на Земле он присутствует в следовых количествах.

Алюминий-20 — это самый легкий изотоп, который известен на сегодняшний день. Расположенный за линией протонного потока, он содержит на семь нейтронов меньше, чем стабильный изотоп алюминия. Используя методику «распада в полете» в сепараторе Центра исследований тяжелых ионов имени Гельмгольца в Дармштадте, Германия, исследователи измерили угловые корреляции продуктов распада 20Al и обнаружили ранее неизвестный тип ядра.

Благодаря детальному анализу угловых корреляций исследователи обнаружили, что по основной схеме атом 20Al сначала испускает один протон, превращаясь в Mg19. За этим следует распад магния-19 с одновременным испусканием двух протонов. В итоге получается изотоп неон-17. Он живет тоже недолго, но распадается по традиционной схеме с выделением бета и альфа-частиц

Исследователи обнаружили, что энергия распада основного состояния алюминия-20 значительно меньше предсказанного значения на основе изоспиновой симметрии. Это указывает на ее возможное нарушение в алюминии-20 и его «зеркале» неоне-20. Этот вывод подтверждается современными теоретическими расчетами, которые предсказывают, что спиновая четность основного состояния 20Al отличается от спиновой четности основного состояния 20Ne.

На сегодняшний день учеными открыто более 3300 нуклидов, однако менее 300 из них стабильны и существуют в природе. Остальные — нестабильные нуклиды, которые подвергаются моментальному радиоактивному распаду. Распространенные режимы распада, такие как α–распад, β-распад, β±распад, захват электронов, γ-излучение и деление, были открыты к середине 20-го века. За последние несколько десятилетий, благодаря стремительному развитию экспериментальных установок в области ядерной физики и технологий детекции короткоживущих изотопов, ученые обнаружили несколько экзотических режимов распада ядер, особенно ядер с дефицитом нейтронов.

В 1970-х годах ученые обнаружили однопротонную радиоактивность, при которой ядра распадаются, испуская протон. В 21 веке двухпротонная радиоактивность была обнаружена при распаде некоторых ядер с крайне низким содержанием нейтронов. В последние годы наблюдались еще более редкие явления распада, такие как испускание трех, четырех и даже пяти протонов в ходе быстротечной цепной реакции.

Долгоживущие радионуклиды тоже задают ученым загадки. Недавно Hi-Tech Mail рассказал о необычайно высоком уровне бериллия-10 на дне Тихого океана.