Исследователи из Центра по исследованию редких изотопов (FRIB) решили одну из давних загадок ядерной физики, связанную с так называемым низкоэнергетическим усилением гамма-излучения (LEE). Результаты работы, опубликованной в журнале Nature, показывают, что причиной этого эффекта являются магнитные переходы внутри атомных ядер, а не неизвестные ранее физические процессы, как предполагалось прежде.
На протяжении нескольких десятилетий физики наблюдали, что некоторые атомные ядра испускают больше низкоэнергетических гамма-квантов, чем предсказывали существующие модели. Чтобы выяснить природу этого явления, ученые провели серию экспериментов с изотопом цинка-70, используя уникальные возможности установки FRIB. Анализ двух различных путей образования этого ядра позволил отделить слабый полезный сигнал от фонового шума и впервые напрямую подтвердить роль магнитных переходов.
Полученный результат имеет значение далеко за пределами фундаментальной физики. Низкоэнергетическое усиление влияет на скорость реакций захвата нейтронов — процессов, благодаря которым в недрах звезд, при взрывах сверхновых и слиянии нейтронных звезд формируются тяжелые химические элементы. Более точное описание этих реакций позволит улучшить современные модели нуклеосинтеза и эволюции Вселенной.
Авторы отмечают, что эксперимент стал возможен благодаря разработке новых методов разделения изотопов и высокочувствительных детекторов, позволивших исследовать крайне слабые сигналы. Теперь ученые планируют применить эту методику к другим атомным ядрам, чтобы определить, насколько широко распространен обнаруженный механизм и как он влияет на процессы образования элементов в космосе.
