Явление метастабильности при распаде высокозаряженных ионов

Четверг, 28 мая 2020

Новые ворота в квантовый мир были открыты недавним экспериментом на установке PENTATRAP в г. Гейдельберге (Германия), где в составе коллаборации трудится группа сотрудников Лаборатории физики экзотических ядер Отделения физики высоких энергий НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ. Здесь, в Институте ядерной физики Общества Макса Планка наблюдалось явление метастабильности при распаде высокозаряженных ионов.

Известно, что когда атом или ион высвобождает энергию с помощью квантового скачка электрона, он становится легче. Однако этот эффект уменьшения массы ничтожен для одного атома и его невозможно измерить обычными существующими методами масс-спектрометрии. Тем не менее, созданный ультра-прецизионный прибор PENTATRAP позволил измерить это бесконечно малое изменение массы отдельного атома. Относительная точность измерения массы этой системой из тандема пяти ионных ловушек (что уже само по себе уникально!) составляет десять триллионных долей. Она на много порядков величины превосходит все известные в настоящее время методы определения масс нуклидов.

В экспериментах, проведённых группой С.А. Елисеева, были обнаружены ранее не наблюдаемые квантовые состояния в ионах рения и осмия с массовым числом 187, энергии которых составляют около 200 эВ. Оказалось, что эти необычные метастабильные состояния живут более недели и, как показали примкнувшие к исследованиям теоретики, разряжаются высокозапретным переходом.

Исследования были осуществлены коллаборацией, возглавляемой профессором Клаусом Блаумом и включающей экспериментальные и теоретические группы из Института ядерной физики Общества Макса Планка, Университета Гейдельберга, НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ и Университета Сорбонны.

Комментируя итоги этого исследования, руководитель Лаборатории физики экзотических ядер НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ, участвующей в экспериментах, профессор Ю.Н. Новиков заметил, что полученный результат следует рассматривать как начало большого пути в новую физику, лежащую за пределами Стандартной модели.

«Он может иметь и практическое приложение в создании высокопрецизионных ионных часов (стандарта частоты). Изучаемый нуклид 187Re, помимо наблюдаемой атомной изомерии, привлекает большой интерес и как ядерный космохронометр, и как объект для альтернативного определения массы антинейтрино, обладая самой малой из известных энергий бета-распада. Эта энергия с большой точностью была измерена другой коллаборацией с участием нашей лаборатории на установке SHIPTRAP в ГСИ (Дармштадт) и сейчас с гораздо лучшей точностью будет определена и на комплексе PENTATRAP», – добавляет Ю.Н. Новиков.

Теги
фгбу пияф им. Б. П. Константинова Национальный исследовательский центр Курчатовский институт