Некоторые из самых тяжелых элементов таблицы Менделеева существуют считанные секунды и распадаются раньше, чем ученые успевают их полноценно исследовать. Именно поэтому структура таких атомов долгое время оставалась почти недоступной для науки. Теперь команда исследователей из University of Gothenburg смогла получить важные данные о ядрах нептуния и фермия. Для этого использовались точно настроенные лазерные импульсы, которые позволили буквально «поймать» атомы в короткий момент их существования.
Результат оказался неожиданно наглядным: ядра этих элементов не являются идеально круглыми. Вместо этого они вытянуты и по форме напоминают мяч для регби. На первый взгляд это может показаться мелочью, однако форма ядра напрямую влияет на поведение атома, процессы распада и вероятность существования еще более тяжелых элементов. Главная сложность подобных экспериментов заключается в том, что такие атомы создаются в ускорителях в микроскопических количествах. Часто речь идет буквально о нескольких атомах, живущих секунды или даже меньше.
Чтобы решить проблему, ученые разработали специальную лазерную систему, способную генерировать сверхточные длины волн света, в том числе в ультрафиолетовом диапазоне. Именно там тяжелые элементы особенно хорошо реагируют на излучение. Когда лазер воздействует на атом, электроны переходят между энергетическими уровнями. Эти переходы немного меняются в зависимости от формы и размера ядра. Анализируя микроскопические отклонения, исследователи смогли восстановить внутреннюю структуру атомов.
Такие данные важны не только для фундаментальной науки. Они помогают уточнять модели ядерной физики, предсказывать свойства еще не открытых элементов и понимать пределы существования сверхтяжелых ядер. Есть и практическая сторона. Нептуний связан с ядерным топливным циклом, поэтому лучшее понимание его свойств может помочь в переработке отходов и разработке новых технологий. В долгосрочной перспективе исследования актиноидов также могут пригодиться в производстве радиоизотопов для медицины, включая лечение онкологических заболеваний.
Следующий этап работы — дальнейшее совершенствование лазерной техники. Это даст шанс изучить еще более редкие и нестабильные элементы, которые пока остаются почти неизвестными.
