Бросает вызов теориям: физики впервые получили очень тяжелую версию водорода особым способом

Об этом пишет Interesting Engineering.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Водород и его изотопы

Водород является самым распространенным химическим элементом во Вселенной. Фактически после создания Вселенной 13,8 млрд лет она была заполнена водородом с небольшим количеством гелия и крошечным количеством лития.

Изотопами называют версии атомов химических элементов с разным количеством нейтронов в ядре. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов, а вокруг них вращаются электроны. Во отличие от электронов, которые сами по себе являются фундаментальными частицами, протоны и нейтроны состоят из кварков, еще меньших фундаментальных частиц, которые имеют 6 разновидностей. Протоны и нейтроны, которые называют нуклонами, состоят из трех кварков.

У водорода есть 7 изотопов:

• Водород-1 или протий;
• Водород-2 или дейтерий;
• Водород-3 или тритий;
• Водород-4 или квадий;
• Водород-5;
• Водород-6;
• Водород-7.

Самым распространенным изотопом водорода является протий. Дейтерий и тритий используют, например, в экспериментах с термоядерным синтезом, в попытках получить безграничную чистую энергию.

Открытие бросает вызов теориям

Ученые говорят, что они с помощью ускорителя частиц и пучка электронов получили один из самых тяжелых изотопов водорода и результаты исследования бросают вызов текущему пониманию многонуклонных взаимодействий в ядре атома. Оказалось, что несмотря на предсказание разных теорий, водород-6 обладает более низкой энергией основного состояния.

Это значит, что взаимодействия между несколькими нейтронами в нестабильном ядре атома водорода-6 сильнее, чем ожидалось. Физики говорят, что открытие заставляет переоценить многонуклонные силы в очень богатых нейтронами средах.

Водород-6 состоит из одного протона и пяти нейтронов и вместе с водородом-7 (состоит из протона и 6 нейтронов) имеет самые высокие известные на сегодняшний день соотношения нейтронов к протонам.

По словам ученых, понимание таких экзотических изотопов имеет решающее значение для ответа на фундаментальные вопросы о том, сколько нейтронов может содержаться в ядре атома.

Как физики получили водород-6?

Ученые создали новый метод для получения водорода-6 с помощью высокоэнергетического электронного пучка. Пучок был запущен в ускорителе частиц в мишень из лития-7 (изотоп лития) и начался двухэтапный процесс.

Сначала взаимодействие электронов возбуждало протон внутри ядра атома лития, заставляя его распадаться на нейтрон и пион. Если нейтроны и протоны относятся к классу барионов, то пионы – это частицы мезоны, которые состоят из одного кварка и одного антикварка, то есть частицы антиматерии.

Ученые говорят, что нейтрон впоследствии передает свою энергию протону внутри ядра, и это приводит к созданию богатого нейтронами водорода-6. В то же время пион и протон покидают ядро. Для обнаружения водорода-6 потребовалось одновременное измерение рассеянного электрона, выброшенного пиона и выброшенного протона с использованием трех магнитных спектрометров

Высокая точность и низкий фоновый шум эксперимента подтвердили производство тяжелого изотопа водорода и то, что он имеет неожиданно низкое энергетическое состояние.

Как уже писал Фокус, новое открытие, которое касается черных дыр, может привести к обнаружению неизвестной физики.