Международная группа исследователей из Мичиганского университета, Вашингтонского университета, Пекинского университета, Китай, и других научных учреждений добилась успеха в создании рекордно легкой версии, изотопа, одного из химических элементов - магния. Этот изотоп крайне нестабилен, он распадается прежде, чем ученые успевают произвести какие-либо измерения с его участием. Тем не менее, все это помогает ученым лучше понять, как возникли различные атомы, из которых состоит все в окружающем нас мире, какие силы и процессы были в этом задействованы.
К сожалению, новый изотоп, сам по себе, не несет ни один из ответов на прозвучавшие чуть выше вопросы. Но его синтез и связанные с этим исследования помогут усовершенствовать современные теории и модели, разрабатываемые учеными для поисков ответов на фундаментальные вопросы.
Отметим, что магний является достаточно распространенным химическим элементом на Земле. В подавляющем большинстве случаев он представлен самой стабильной формой - магнием-24, ядра которого не распадаются. Однако, изотопы магния, подобные недавно синтезированному, могут существовать в природе только в определенных местах, в области чрезвычайно высокоэнергетических космических событий или объектов, таких, как взрывы сверхновых, черные дыры, нейтронные звезды и т.п. Также такие изотопы могут быть получены на Земле в недрах мощных ускорителей частиц.
У всех видов изотопов магния в ядре имеется 12 протонов. Ранее, у самого легкого из известных изотопов в ядре начитывалось 7 нейтронов. Сумма нейтронов и протонов у этого изотопа равна 19, и, следовательно, этот изотоп имеет название магний-19. У нового изотопа, магния-18, в ядре присутствует на один нейтрон меньше. Для получения изотопа был использован пучок ядер стабильного варианта, магния-24, разогнанный циклотроном NSCL до половины скорости света.
Луч разогнанных атомных ядер был направлен на мишень из бериллиевой фольги. И при столкновениях ядер магния и ядер бериллия порождался поток, состоящий из самых разных изотопов магния. При помощи некоторых методов ученые разделили этот "суп" из изотопов и выбрали из него только поток изотопов магния-20. Эта версия магния также нестабильна, но такие ядра распадаются в течение десятых долей секунды после образования.
Но этих десятых долей секунды было достаточно, чтобы двигающиеся с половиной скорости света ядра изотопа магния-20 преодолели расстояние в 30 метров и попали во вторую бериллиевую мишень. И именно в столкновениях с этой второй мишенью образовались ядра изотопа магния-18, которые существуют порядка триллиардной (10^-21) доли секунды.
За столь короткое время ядро изотопа не успевает даже "обрасти" электронными оболочками и превратиться в полноценный атом, прежде чем распасться на меньшие части. Таким образом, изотоп магний-18 может существовать только в виде "голых" ядер. Более того, голые ядра изотопа даже не успевают покинуть пределов тончайшей фольги бериллиевой мишени и распадаются, находясь еще внутри.
Это означает, что у ученых отсутствует возможность прямого изучения изотопа магний-18, но у них имеется возможность анализа последствий распада. Сначала этот изотоп избавляется от двух протонов, превращаясь в неон-16, который, в свою очередь, избавившись еще от двух протонов, становится кислородом-14. Анализируя количество свободных протонов, образовавшихся ядер неона и кислорода, ученые получают возможность высчитать некоторые из свойств исходного магния-18.
И в заключении следует отметить, что множество ученых добавляют каждый год новые записи в список известных изотопов, который сейчас состоит из нескольких тысяч пунктов. "Нам удалось добавить лишь одну маленькую каплю в ведро общих знаний" - пишут исследователи, - "И так, капля за каплей будут накапливаться наши знания до тех пор, пока их количество не перевалит за критическую отметку, после чего физика начнет открывать перед нами самые сокровенные из своих тайн".
