У изотопов 120-го и 124-го химических элементов обнаружена склонность к долгожительству

Рис. 2. Использование эффекта теней для измерения времени жизни нестабильных атомных ядер. Слева: геометрия вылета дочерних ядер после распада нестабильного ядра. Если распад произошел прямо на кристаллографической плоскости, то дочерние ядра не смогут лететь вдоль плоскости, они будут поглощены другими ядрами. Если же нестабильное ядро успело сдвинуться, то продукты распада могут идти и вдоль кристаллографической плоскости. Справа: типичная зависимость количества отсчетов детектора от угла отклонения от оси кристалла, получаемая в детекторе. «Провал» при малых углах отклонения — это и есть тень от кристаллографической плоскости, но эта тень частичная. По «глубине» тени можно определить примерное время жизни нестабильных ядер. Рис. из рассказа Джозефа Натовитца (Joseph B. Natowitz) об обсуждаемой статье в Phys. Rev. Lett.

Если же ядро обладает повышенной устойчивостью, то оно разваливается не сразу после слияния, а спустя некоторое небольшое время. Задержки по времени порядка 1 аттосекунды достаточно для того, чтобы оно вылетело из кристаллографической плоскости и распалось между плоскостями. Дочерние ядра, вылетевшие строго вдоль плоскости, уже не поглощаются и преспокойно долетают до детектора. Иными словами, никакой тени в этом направлении нет.

В реальной ситуации будут ядра, распадающиеся как сразу, так и с задержкой. Поэтому тень получится неполной, как на рис. 2 справа. Но уже сам факт наблюдения неполной тени говорит о том, что по крайней мере некоторые ядра перед распадом задерживаются на времена в сотни и тысячи раз больше типичного ядерного времени.

Именно этот метод и использовали французские физики для изучения устойчивости изотопов элементов 114, 120 и 124. Задача эта была непростая, поскольку продукты распада и их энергия были не фиксированы и могли меняться в довольно широких пределах. Однако благодаря хорошим характеристикам детектора в случае ядер с Z = 120 и 124 они смогли выделить «долгоживущую» (то есть живущую заметно дольше 1 аттосекунды) часть ядер. А вот у ядер с Z = 114 такого эффекта не наблюдалось.

Может возникнуть вопрос: какой прок от этих нестабильных ядер? Какая разница, живут они одну сотую аттосекунды или сто аттосекунд?

Дело тут в том, что у всех этих нестабильных нейтроно-дефицитных изотопов гарантированно существуют и более тяжелые, «нейтроно-достаточные» изотопы. Вот они-то и могут оказаться настоящими долгожителями, возможно вплоть до абсолютной стабильности. На опыте они пока не синтезированы, однако их свойства активно изучают теоретики. И вот то, насколько правдоподобна та или иная теоретическая модель, можно теперь проверить на «нейтроно-дефицитных» ядрах с помощью новых экспериментальных данных.

Таким образом, полученные сейчас данные косвенно указывают на то, что 120-й и 124-й химические элементы могут иметь долгоживущие изотопы, и значит, за ними стоит поохотиться.

Источник: M. Morjean et al. Fission Time Measurements: A New Probe into Superheavy Element Stability // Phys. Rev. Lett. 101, 072701 (11 August 2008); полный текст — PDF, 290 Кб.

См. также:
1) J. B. Natowitz. How stable are the heaviest nuclei? // Physics 1, 12 (2008) — рассказ про обсуждаемую работу.
2) С. А. Карамян. Измерения длительности ядерных реакций с тяжелыми ионами // ЭЧАЯ, 1986, т. 17, вып. 4, с. 753.
3) А. Ф. Тулинов. Влияние кристаллической решетки на некоторые атомные и ядерные процессы // УФН, 1965, т. 87, вып. 4, с. 585.

Игорь Иванов

Эта новость на «Элементах»
 

Предыдущие новости

14.08 Электронные линзы для протонных пучков

Протонные пучки на LHC не размазаны равномерно вдоль всего ускорительного кольца, а собраны в компактные сгустки, следующие друг за другом на расстоянии несколько метров. В пике производительности в каждом пучке будет по 2808 сгустков. Работа с таким большим количеством сгустков сопряжена с разнообразными трудностями, и одна из них — паразитное (то есть нежелательное) взаимодействие сгустков из встречных пучков.

Вообще говоря, большую часть пути каждый из двух встречных пучков будет идти в своей заэкранированной вакуумной трубе и не будет мешать своему соседу. Однако вблизи точек столкновения оба пучка выходят в одну трубу и сближаются друг с другом. Именно в процессе этого сближения (до или после жесткого столкновения в центре детектора) сгустки из одного пучка будут оказывать нежелательное воздействие на другой пучок за счет электромагнитных сил. С этим явлением надо бороться, поскольку оно может привести к быстрому «разбрызгиванию» и потере пучков.

На протон-антипротонном коллайдере Тэватрон было недавно создано и опробовано новое устройство, позволяющее бороться с этим эффектом, — электронная линза. Идея состоит в том, чтобы на опасных участках «укутать» протонный пучок в идущий параллельно низкоэнергетический поток электронов. Электронный пучок с профилем в виде полого цилиндра заэкранирует поле протонного пучка и уменьшит паразитное взаимодействие. Устройство и принцип работы электронной линзы описан в появившемся недавно препринте «Tevatron electronic lenses: design and operation» (препринт arXiv:0808.1542). Уже предложено начать изучать возможность применения этой методики на LHC.

13.08 Образована новая техническая комиссия по запуску и работе LHC

Подготовка к работе LHC требует решения огромного числа научно-технических задач. Для этого в ЦЕРНе создаются отдельные технические комиссии по той или иной теме, и уже каждая комиссия разбирает свои конкретные вопросы. Следить за прогрессом в подготовке LHC можно по презентациям той или иной комиссии.

Отдельных комиссий в ЦЕРНе много, несколько десятков, см., например, список ускорительных комиссий. На днях был создана новая комиссия LHC Performance Committee, которая будет, по-видимому, самой важной в ближайшее время. В ее задачи входит контроль за последними приготовлениями и запуском LHC, анализ работы ускорителя, изучение возможностей его оптимизации. Первое заседание комиссии запланировано на 13 августа. Будем надеяться, что презентации будут выложены на сайте комиссии.

12.08 23-24 августа состоится второй тест системы инжекции

Протонный пучок попадает в основное кольцо LHC из предварительного ускорителя SPS. Линии передачи пучка (transfer lines), соединяющие два этих кольцевых ускорителя, вместе со специальными магнитами на каждом из них составляют вместе инжекционный комплекс коллайдера LHC. Поскольку на LHC будут циркулировать два протонных пучка во встречных направлениях (а на SPS пучок крутится только в однй сторону), инжекционный комплекс состоит из двух частей — для «впрыскивания» протонов в LHC по и против часовой стрелки. Геометрию взаимного расположения этих двух ускорителей см. на втором рисунке к новости Объявлена дата запуска LHC, а подробности про инжекционный комплекс см. в техническом отчете LHC, том III, части 2 и 3.

Для того, чтобы начать работу с пучком на LHC, надо вначале убедиться, что весь инжекционный комплекс работает правильно. К счастью, это можно сделать еще до того, как будет готово к эксплуатации всё кольцо LHC.

9-10 августа прошел успешный тест первой половины системы инжекции — по частовой стрелке (линия передачи пучка TI2 на рисунке, обозначена красным с желтым); см. также подробный технический отчет о результатах теста. Аналогичный тест второй половины (линия передачи пучка TI8) намечен на 23-24 августа. Здесь тоже пучок пройдет не по всему кольцу, а лишь по небольшой дуге и будет поглощен коллиматорами в точке Point 7. Расписание этих тестов см. на странице LHC Injection Tests.

10.08 Тест линии инжекции протонов прошел успешно

С вечера пятницы по воскресение на LHC проводилась серия тестов линии инжекции («впрыскивания») протонов из предварительного ускорителя в LHC. Это был первый протонный пучок в ускорителе LHC, правда прошел он не по всему кольцу, а только по небольшой дуге и был поглощен специальными пластинами.

Тесты прошли успешно. Еще в пятницу вечером с первой же попытки протонный пучок успешно был передан из предварительного ускорителя в основное кольцо LHC и прошел по дуге до точки поглощения. Это означает, что вся линия инжекции, состоящая из многочисленных магнитов и соединений, собрана правильно и работает должным образом. В течение субботы и воскресения проверялась управляемость пучком, поведение магнитов, и другие технические параметры.

На страничке LHC Injection Test представлены результаты этих тестов

08.08 Объявлена дата запуска LHC

Руководство ЦЕРНа объявило, что первые пучки начнут циркулировать внутри Большого адронного коллайдера 10 сентября. Первые протон-протонные столкновения начнутся примерно месяц спустя.

07.08 Конференция ICHEP-08: новые данные по поиску хиггсовского бозона на Тэватроне

В ближайший год LHC будет работать в полутестовом режиме, и серьезные исследования начнутся не ранее второй половины 2009 года. Этот год есть в запасе у Тэватрона — протон-антипротонного коллайдера с энергией протонов около 1 ТэВ — для того, чтобы попытаться открыть хиггсовский бозон. Чувствительность Тэватрона непрерывно увеличивается, и недавно мы писали, что он уже вплотную подошел к тому, чтобы начать чувствовать возможные проявления хиггсовского бозона. На конференции ICHEP-08 был представлен доклад, посвященный поиску хиггсовского бозона, и в нём были приведены новые данные с Тэватрона: на уровне достоверности 95% исключена небольшая область масс бозона Хиггса около 170 ГэВ (см. рисунок).! По мере накопления и обработки новых данных эта область в ближайшие месяцы будет расширяться.

См. также:
1) пресс-релиз Национальной лаборатории им. Э. Ферми, в которой проводятся эксперименты на Тэватроне.
2) Tevatron New Phenomena, Higgs working group, CDF Collaboration, D0 Collaboration. Combined CDF and Dzero Upper Limits on Standard Model Higgs Boson Production at High Mass (155-200 GeV/c2) with 3 fb-1 of data // препринт arXiv:0808.0534 (5 August 2008).

07.08 Конференция ICHEP-08: доклады, посвященные LHC

На прошедшей недавно крупнейшей конференции по физике элементарных частиц ICHEP-08 были сделаны доклады, посвященные подготовке к работе самого коллайдера LHC и двух его основных детекторов — ATLAS и CMS. В докладе «LHC Machine Startup» была кратко обрисована текущая ситуация с охлаждением и многочисленными тестами инфраструктуры ускорительного кольца. Докладчик подтвердил, что если всё пойдет по графику, то первые протонные пучки начнут циркулировать в сентябре, а столкновения протонов начнутся в октябре. Были кратко обрисованы задачи на 2008-й и 2009 годы (см. рисунок).

В докладах «ATLAS Detector Status & Physics Startup Plans» и «CMS Detector Status & Physics Startup Plans» рассказывалось о том, какие работы предстоят в ближайшее время на этих двух детекторах. Их монтаж и проверка работоспособности практически завершены; были выявлены некоторые инженерные проблемы (по разными причинам небольшой процент датчиков не работает должным образом), но на общую работоспособность детекторов они не повлияют.

Оба детектора уже работают: они детектируют частицы космических лучей и с их помощью производится отладка системы сбора и анализа данных. В сентябре, пока в кольце будет циркулировать лишь один пучок, к космическим лучам добавятся события, вызванные столкновением протонов с молекулами остаточного газа в вакуумной камере, а в октябре детекторы начнут работать по-настоящему. В течение 2008 года планируется набрать светимость примерно 10 pb⁻¹.

Презентации можно скачать со страницы пленарных докладов конференции.

06.08 Почему крупных видов млекопитающих больше, чем мелких

В пределах одной таксономической группы виды разного размера встречаются с разной частотой. Для наземных млекопитающих распределение крайне асимметрично: модальный класс приходится на довольно мелкие виды; видов с меньшей массой мало, а крупных и очень крупных много. Простая модель показывает, что это обусловлено всего несколькими универсальными факторами.

03.08 Оптимизация последовательности сгустков

В современных коллайдерах пучки частиц не размазаны равномерно вдоль всего ускорительного кольца, а сгруппированы в компактные сгустки, следующие друг за другом на определенном расстоянии. LHC будет рекордсменом не только по энергии протонов, но и по количеству сгустков в протонном пучке — в максимуме светимости в нем будет циркулировать по 2808 сгустков в каждом из двух встречных пучков.

Работа с таким большим количеством сгустков, особенно когда они расположены не на равном расстоянии друг от друга, имеет свои особенности. Дополнительные сложности возникнут на ранних этапах работы коллайдера, когда количество сгустков будет меньше максимального. Недавняя техническая заметка «LHC bunch filling schemes for commissioning and initial luminosity optimization» (CERN-LHC-Project-Note-415, 11 июля 2008) как раз посвящена обсуждених этих особенностей.