Фабрика сверхтяжелых элементов в Дубне выпустила первую партию ядер московия
Физики Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в подмосковной Дубне провели первую серию экспериментов по синтезу сверхтяжелых ядер на новом ускорителе ДЦ-280 — «Фабрике сверхтяжелых элементов». Всего было зафиксировано 27 событий рождения ядер московия (115 элемента), в дальнейшем ученые планируют эксперименты по синтезу новых элементов — 119 и 120. О результатах эксперимента на заседании программно-консультативного комитета ОИЯИ по ядерной физике рассказал сотрудник Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ Владимир Утенков.
Сотрудники Лаборатории ядерных реакций имени Флерова за последние 20 лет синтезировали пять новых элементов, завершающих седьмой период таблицы Менделеева: 114 (флеровий), 115 (московий), 116 (ливерморий), 117 (теннессин) и 118 (оганесон). Все они были получены в экспериментах на циклотроне У-400, где мишень из тяжелых элементов бомбардировали пучком ионов. Циклотрон неоднократно модернизировали, но для синтеза более тяжелых элементов — 119 и 120 — и детального изучения ядерных и химических свойств уже известных нужна была более высокая производительность.
Поэтому в конце 2000-х годов было решено создать новую установку — Фабрику сверхтяжелых элементов, — которая должна была обеспечить в десять раз более высокий поток ионов — 10 микроампер против 1 микроампера на У-400 (интенсивность пучка заряженных частиц измеряется в тех же единицах, что и сила тока). Это позволяет увеличить количество столкновений ионов с мишенью и, следовательно, число родившихся ядер.
Установка ДЦ-280 была впервые запущена в марте 2019 года, а 26 ноября 2020 года начался первый эксперимент по синтезу сверхтяжелого элемента московия в реакции америция-243 (играл роль мишени) и кальция-48 (снаряд).
Как сообщил Утенков, в период до 20 декабря ученым удалось зафиксировать 27 событий рождения 115-го элемента. Это сопоставимо с общим числом ядер этого элемента, синтезированных за все предыдущие годы — начиная с 2003 года. В результате столкновений ядер америция-243 и кальция-48 возникало «компаунд-ядро» с массой 291, которое затем остывало, «испаряя» 2, 3 или 4 нейтрона. В результате возникали изотопы московия с массами 289, 288, 287. Полученные изотопы существовали от нескольких сотых долей секунды до единиц секунд, а затем распадались, порождая разные цепочки распадов.
В дальнейшем ученые планируют провести серию экспериментов с реакцией плутония-242 и кальция-48, чтобы получить 114 элемент — флеровий — и исследовать его химические свойства.
Чтобы сделать следующий шаг и синтезировать 119 и 120 элементы таблицы Менделеева, необходимо сменить снаряд, проверенный кальций-48 использовать уже будет нельзя. Сейчас ЛЯР планирует получить для этого устойчивый и интенсивный пучок титана-50.
Как сообщил N + 1 Андрей Попеко, заместитель директора Лаборатории ядерных реакций, первые эксперименты с пучком титана-50 уже были проведены, были получены ядра 104-го элемента, но для синтеза элементов 119 в реакции с берклием и 120 — с калифорнием — интенсивность пучка мала, ее нужно поднять в пять-десять раз. Кроме того, титан очень агрессивен химически при высокой температуре в источнике, поэтому надо искать соединения с низкой температурой кипения — металлоорганику.
Если ЛЯР удастся, как в прошлые годы, получить изотопы берклия и калифорния для мишени от коллег из США, то первые попытки синтеза 119-го и 120-го элемента могут быть предприняты примерно через год, говорит Попеко.
Подробнее об установке ДЦ-280 и истории синтеза сверхтяжелых элементов читайте в нашем материале «Сверхтяжелые шаги в неизвестное».
Результат получила коллаборация Belle II
Выход за пределы Стандартной модели — важнейшая поисковая задача физиков, занимающихся элементарными частицами. В первую очередь они ориентируются на существующие крупные аномалии, например, темную материю. Множество расширений Стандартной модели опирается на введение новых невидимых бозонов, которые могли бы стать такой материей. Один из процессов, где такие бозоны могли бы себя проявить — это распад тау-лептона. Физики знают, что этот тяжелый лептон распадается на электрон или мюон и соответствующий набор нейтрино. Ряд теорий, однако, предсказывает альтернативный канал распада, в котором вместо нейтрино рождается темный бозон. Проверить эту гипотезу вызвались физики из коллаборации Belle II, работающие на лептонном коллайдере SuperKEKB. В ходе измерительной кампании, длящейся с 2019 по 2020 год, ученые собрали данные о более, чем 57 миллионах событий, в которых сталкивающиеся электроны и позитроны превращаются в таон-антитаонные пары при энергии в системе центра масс, равной 10,58 гигаэлектронвольта. Интегральная светимость эксперимента составила 62,8 обратного фемтобарна. Физиков интересовали коэффициенты ветвления процессов с участием темных бозонов, деленные на соответствующие коэффициенты для известных процессов. Авторы протестировали собранные данные для бозонов в диапазоне масс от 0 до 1,6 гигаэлектронвольта и не нашли подтверждения этой гипотезе. Результат работы физиков накладывает новые ограничения на отношения коэффициентов ветвления: (6−36)×10−3 для распада на электрон и (3−34)×10−3 для распада на мюон с доверительным интервалом 95 процентов. Японский коллайдер SuperKEKB — это модернизированная версия его предшественника, коллайдера KEKB. Он был снова запущен после семи лет ремонта в 2018 году. С тех пор на нем было получено множество новых результатов, например, уточненное время жизни очарованного лямбда-бариона.