Не вся материя вокруг нас стабильна. Некоторые вещества подвергаются радиоактивному распаду с образованием более стабильных изотопов. Используя современное оборудование в Циклотронном институте Техасского университета A&M, ученые впервые наблюдали уникальный радиоактивный распад кислорода-13, в результате которого образовались три ядра гелия, протон и позитрон.
Учёные впервые наблюдали новую картину распада. При этом распаде более легкая форма кислорода — кислород-13 (который имеет 8 протонов и 5 нейтронов) — распадается на 3 ядра гелия (атомы без окружающих электронов), 1 протон и 1 позитрон (версия электрона из антивещества).
Ученые наблюдают этот распад, наблюдая за распадом отдельных ядер и измеряя продукты распада.
Ученые ранее наблюдали интересные закономерности радиоактивного распада, процесса, известного как «бета-плюс-распад». В этом процессе протоны превращаются в нейтроны и выделяют часть энергии, вырабатываемой испусканием позитронов и антинейтрино. После первоначального бета-распада образовавшееся ядро может иметь достаточно энергии, чтобы выкипать лишние частицы, делая себя более стабильным.
Этот новый режим распада представляет собой первое наблюдение бета-распада с высвобождением трех ядер гелия (альфа-частиц) и протона. Полученные данные позволяют ученым понять процесс распада и свойства ядра перед распадом.
Изображение частиц, образовавшихся после бета-распада ядра в этом новом режиме распада. Образовавшееся ядро распадается на три ядра гелия (α) и один протон (p), которые возникают из точки распада (красный кружок). Источник изображения: предоставлено Дж.Бишопом
В этом эксперименте исследователи использовали циклотронный институт Техасского университета A&M для генерации пучка высокоэнергетических (около 10% скорости света) радиоактивных ядер. Они направили этот луч радиоактивного материала (кислорода-13) в устройство под названием «Техасская камера активной временной проекции цели» (TexATTPC). Этот материал останавливается внутри детектора, наполненного углекислым газом, и распадается примерно через 10 миллисекунд, испуская позитрон и нейтрино (бета-плюс-распад).
Исследователи имплантировали кислород-13 в ядра детектора по ядрам и подождали, пока он распадется, а затем использовали TexATTPC для измерения любых частиц, которые испарялись после бета-распада. Затем они использовали компьютерную программу для анализа данных и определения следов частиц, оставленных в газе. Таким образом, им удалось идентифицировать редкое событие (происходящее только один раз на каждые 1200 распадов), при котором после бета-распада высвобождаются четыре частицы.