211service.com
Anomalia rozpadu promieniotwórczego wreszcie wyjaśniona (być może)
W 2007 roku fizycy z akceleratora ciężkich jonów GSI w Darmstadt w Niemczech dokonali zagadkowego odkrycia.
Ci faceci mierzyli tempo rozpadu promieniotwórczego jąder prazeodymu i prometu, które zostały pozbawione wszystkich elektronów z wyjątkiem jednego lub dwóch, pozostawiając je z ładunkiem powyżej +50.
Wiadomo, że w takich warunkach jądra rozpadają się w dziwny sposób. Na przykład gołe jądra nie mogą się rozpadać przez wychwytywanie elektronów. To zmusza je do rozpadu w inny, mniej powszechny sposób, znacznie zmieniając ich szybkość rozpadu.
Mówiąc ogólniej, fizycy wiedzieli od jakiegoś czasu, że zmiany temperatury i ciśnienia mogą wpływać na szybkość rozpadu o mniej więcej procent, prawdopodobnie dlatego, że zmienia to również o niewielką wartość gęstość elektronową wokół jąder.
Ale to, co znaleźli faceci z GSI, było jeszcze dziwniejsze. Odkryli, że normalna wykładnicza szybkość rozpadu prazeodymu i prometu oscyluje w okresie około 7 sekund. Wyglądało to tak, jakby oscylacja została nałożona na normalną krzywą wykładniczą zaniku.
Ich eksperyment jest interesujący, ponieważ jest wyjątkowy. Ci faceci produkują garść jonów w synchrotronie i mierzą rozpad każdego z nich przez zmianę, jaką wytwarza w rezonansie krążącej wiązki jonów.
Daje to dokładny pomiar czasu życia każdego jonu, a nie średni pomiar okresu półtrwania materiału sypkiego, jak robią to wszystkie inne eksperymenty. Łatwo zauważyć, że w tego typu eksperymentach efekt ten byłby zamazany i niewidoczny
Tak wielu fizyków uważa, że eksperyment GSI faktycznie mierzył właściwości rozpadu promieniotwórczego w jego najczystszej postaci.
Wielkim pytaniem jest oczywiście to, co powoduje anomalię GSI, jak to się stało? Pierwsze wyjaśnienia koncentrowały się na możliwości wyjaśnienia tego efektu przez oscylacje neutrin.
Jądra prazeodymu i prometu ulegają rozpadowi pod wpływem siły słabej na dwa sposoby. Proton może wychwycić elektron, wytwarzając neutron i elektron-neutrino. Albo proton może spontanicznie rozpaść się na neutron, pozyton i elektron-neutrino.
Pomyślano, że neutrina wytworzone w tej reakcji mogą zmienić się w inne typy, wpływając w ten sposób na szybkość rozpadu w niewielkim stopniu.
Jednak różni fizycy zwracali uwagę, że wyniku tego nie da się wytłumaczyć oscylacjami neutrin z tego prostego powodu, że mogą one wystąpić dopiero po wytworzeniu neutrina i gdy znajduje się ono w znacznej odległości od jądra.
To pozostawiło fizykom kłopotliwą stratę. Z powodu braku jakiegokolwiek rozsądnego wyjaśnienia anomalia GSI stała się nieprzyjemnym swędzeniem na tyłku fizyki jądrowej.
Dziś Francesco Giacosa w J.W. Uniwersytet Goethego we Frankfurcie i Giuseppe Pagliara na Universita di Ferrara we Włoszech przynoszą mi mile widzianą ulgę.
Ci faceci twierdzą, że anomalię GSI można wyjaśnić, jeśli dwa mechanizmy rozpadu jąder prazeodymu i prometu działają przy nieco różnych energiach. Szybkość zaniku każdego mechanizmu osobno byłaby standardową krzywą wykładniczą, aczkolwiek z nieco innymi szybkościami.
Ale oto klucz. Kiedy oba mechanizmy występują razem, system oscyluje między nimi. Tak więc okresowe zmiany obserwowane w GSI są po prostu efektem przeskakiwania systemu z jednego mechanizmu rozpadu do drugiego. Giacosa i Pagliara porównują to do dobrze znanych oscylacji Rabiego, które występują w wielu układach kwantowych.
Najbardziej ekscytujące jest to, że ta teoria prowadzi do interesującej prognozy. Giacosa i Pagliara twierdzą, że jeśli zespół GSI może zmierzyć szybkość zaniku w odstępach znacznie krótszych niż 7 sekund, szybkość zaniku powinna gwałtownie spaść do zera. Mówią, że gdyby eksperyment w GSI mógł zmierzyć kilka punktów poniżej 10 s, nasza interpretacja mogłaby zostać łatwo odrzucona lub zatwierdzona.
Te pomysły mają szersze implikacje. Giacosa i Pagliara twierdzą, że ten efekt może wyjaśniać inne dziwne okresowe zmiany tempa rozpadu, które fizycy obserwowali w znacznie dłuższych skalach czasowych. Przyjrzeliśmy się niektórym z nich tutaj .
Co więcej, wariacje są wyraźnie fundamentalnymi efektami w mechanice kwantowej, które mogą mieć głębokie implikacje dla naszego zrozumienia procesów jądrowych zachodzących wewnątrz gwiazd.
A wszystko to oznacza, że z anomalią GSI można się lepiej bawić, niezależnie od tego, czy to wyjaśnienie okaże się prawdziwe, czy nie.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1110.1669 : Oscylacje w prawie rozpadu: możliwe mechaniczne wyjaśnienie anomalii GSI?