28 декабря 2021

Национальной лаборатория сверхпроводящего циклотрона при Мичиганском университете успешно синтезировала неизвестный ранее изотоп магния

На ускорителе NSCL удалось получить рекордно легкие ядра магния, содержащие всего семь нейтронов. Магний — 12-й элемент Периодической таблицы и один из самых распространенных в земной коре. Он содержится в морской воде и множестве минералов, играет важную роль в жизни биологических клеток.

По некоторым предположениям, магний был одним из ключевых элементов, обеспечивших зарождение жизни на нашей планете. И весь этот магний состоит из смеси трех сравнительно стабильных изотопов массами 24, 25 и 26 атомных единиц. Они содержат по 12 протонов и 12, 13 и 14 нейтронов соответственно.

С помощью мощных ускорителей и коллайдеров частиц ученые получили другие изотопы магния, далеко не такие стабильные: от магния-40, имеющего 28 нейтронов в ядре, до магния-19 со всего лишь семью нейтронами. А недавно был установлен новый рекорд: Юй Цзинь (Yu Jin) и его коллеги из Пекинского и Мичиганского университетов синтезировали легчайший магний-18, который содержит еще на один нейтрон меньше.

Работу проделали на ускорителе Национальной лаборатории сверхпроводящего циклотрона (NSCL) при Мичиганском университете. Пучок ядер стабильного магния-24 разгонялся до около половины скорости света и ударялся в бериллиевую мишень, рассыпаясь на целый спектр более легких частиц, включая легкие изотопы магния. В числе них был нестабильный магний-20 с периодом полураспада в доли секунды.

Эксперимент спроектировали таким образом, чтобы ядра магния-20, разлетаясь, тут же попадали на вторую мишень, расположенную в 30 метрах. Это позволило получить еще более легкий и нестабильный магний-18, существующий буквально секстиллионные доли секунды. Он тут же распадался, прямо на мишени превращаясь в кислород-14, сравнительно стабильный (период полураспада — 71 секунда). Детекторы зарегистрировали выброшенные при этом распаде протоны, а также кислород-14 и следы промежуточного изотопа неона-16.

«Сверхлегкий» магний-18 крайне нестабилен и может появляться лишь в некоторых термоядерных превращениях, проходящих в недрах звезд и других космических «реакторах». Его получение и анализ в лаборатории позволят лучше понять протекающие в них процессы, которые в итоге наполняют космос всем разнообразием химических элементов и ядер, из которых состоит и земная кора, и мы сами.