Если теория ученых подтвердится, то эксперимент станет первым наблюдением темной материи.
Атомное ядро с гораздо большим количеством нейтронов, чем протонов, является нестабильным. В процессе бета-распада, чтобы стать стабильным, оно избавляется от избыточных нейтронов путем испускания бета-частицы и превращения нейтронов в протоны. Менее распространенным является испускание протонов после бета-распада ядра, богатого нейтронами.
Бета-задержанная эмиссия протонов, наблюдаемая более 40 лет назад, обычно происходит в ядрах, богатых протонами. Для ядер, нагруженных нейтронами, она нарушает законы энергии для испускания протонов после бета-распада(если только нейтроны не являются свободными). Это условие может быть выполнено в так называемых ядрах гало, где один или два нейтрона вращаются вокруг ядра на значительном расстоянии.
Для проведения эксперимента ученые использовали газонаполненный детектор для прогнозирования активного времени. Он выдает трехмерное изображение заряженных частиц, испускаемых при распаде бериллия-11, и дает информацию об их энергии. Изотопный сепаратор и ускоритель TRIUMF доставил пучок бериллия-11, а ученые имплантировали луч в середину детектора, зафиксировать его распад. Бериллий-11 распался на бериллий-10 и протон с узким распределением энергии в 0,0013% времени. Считается, что бериллий-10 вместе с протоном распада образует ядро бора-11 с высокой энергией возбуждения, существующее в течение короткого периода времени.
Согласно экспериментам, вероятность бета-задержанной эмиссии протонов в нейтроне ядро неожиданно высока. Ученые не наблюдали протоны, возникающие при распаде бериллия-11. Вместо испускания протона гало-нейтрон будет превращен в необнаруживаемую частицу темной материи — невидимой гипотетической субстанции. Он может состоять из экзотических частиц, не взаимодействующих с нормальной материей или светом, но все же оказывающих гравитационное притяжение. Если этот сценарий подтвердится, то станет первым косвенным наблюдением темной материи.
Правда команда ученых ISOLDE/VERA предложила другое, менее экзотическое объяснение высокой скорости распада. Дело в узком резонансе в боре-11, близкому к энергетическому порогу, где ядру разрешено излучать протон. Этот сценарий напоминает открытие состояния Хойла, возбужденного состояния углерода-12, очень близкого к энергии разделения альфа-частиц, энергетическому порогу, вокруг которого ядро может испускать альфа-частицу (гелий-4). Астроном Фред Хойл впервые предложил эту теорию в 1954 году, чтобы объяснить образование углерода в звездах. Один из наиболее впечатляющих результатов этой работы — излучение протонов происходит через сильно возбужденное, узкое резонансное состояние в ядре бора-11.
Фото: pixabay.com
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.