211service.com
Anomálie radioaktivního rozpadu konečně vysvětlena (možná)
V roce 2007 učinili fyzici na urychlovači těžkých iontů GSI v německém Darmstadtu záhadný objev.
Tito chlápci měřili rychlost radioaktivního rozpadu jader praseodymu a promethia, která byla zbavena všech elektronů kromě jednoho nebo dvou, takže jim zůstal náboj přesahující +50.
V těchto podmínkách je známo, že se jádra rozpadají podivnými způsoby. Například holá jádra se nemohou rozpadat elektronovým záchytem. To je nutí rozkládat se jinými, méně obvyklými způsoby, čímž se výrazně mění rychlost jejich rozkladu.
Obecněji řečeno, fyzici již nějakou dobu vědí, že změny teploty a tlaku mohou ovlivnit rychlost rozpadu zhruba o procento, pravděpodobně proto, že to také o malé množství změní hustotu elektronů kolem jader.
Ale to, co našli kluci z GSI, bylo ještě podivnější. Zjistili, že normální exponenciální rychlost rozpadu praseodymu a promethia osciluje s periodou asi 7 sekund. Bylo to, jako by oscilace byla superponována na normální exponenciální křivku rozpadu.
Jejich experiment je zajímavý, protože je jedinečný. Tihle chlapi produkují hrst iontů v synchrotronu a měří, že každý z nich se rozpadá změnou, kterou produkuje v rezonanci iontového paprsku, když cirkuluje.
To poskytuje přesné měření životnosti každého iontu spíše než průměrné měření poločasu rozpadu sypkého materiálu, jak to dělají všechny ostatní experimenty. Je snadné vidět, že tento efekt by byl při těchto druzích experimentů rozmazaný a neviditelný
Tolik fyziků věří, že experiment GSI ve skutečnosti měřil vlastnosti radioaktivního rozpadu v jeho nejčistší formě.
Velkou otázkou samozřejmě je, co způsobuje anomálii GSI, jak se stalo známou? První vysvětlení se soustředila na možnost, že za tento efekt mohou oscilace neutrin.
Jádra praseodymu a promethia se rozkládají slabou silou dvěma způsoby. Proton může zachytit elektron produkující neutron a elektronové neutrino. Nebo se proton může samovolně rozpadnout na neutron, pozitron a elektronové neutrino.
Myšlenka byla taková, že neutrina produkovaná při této reakci se mohou změnit na jiné typy, a tím ovlivnit rychlost rozpadu v malé míře.
Různí fyzici však poukazovali na to, že výsledek nelze vysvětlit oscilacemi neutrin z toho prostého důvodu, že k nim může dojít až poté, co se neutrino vytvoří a když je ve značné vzdálenosti od jader.
To zanechalo fyziky v trapné ztrátě. Při absenci jakéhokoli rozumného vysvětlení se anomálie GSI stala nepříjemným svěděním na zadku jaderné fyziky.
Dnes Francesco Giacosa v J.W. Goethe University ve Frankfurtu a Giuseppe Pagliara na Universita di Ferrara v Itálii poskytují vítanou úlevu.
Tito lidé říkají, že anomálii GSI lze vysvětlit, pokud dva mechanismy rozpadu jader praseodymu a promethia fungují při mírně odlišných energiích. Rychlost rozpadu každého mechanismu sama o sobě by byla standardní exponenciální křivkou, i když s mírně odlišnými rychlostmi.
Ale tady je klíč. Když se oba mechanismy vyskytují společně, systém mezi nimi osciluje. Periodické variace pozorované na GSI jsou tedy jednoduše důsledkem přeskakování systému z jednoho mechanismu rozpadu na druhý. Giacosa a Pagliara to přirovnávají ke známým Rabiho oscilacím, které se vyskytují v mnoha kvantových systémech.
Nejzajímavější je, že tato teorie vede k zajímavé předpovědi. Giacosa a Pagliara říkají, že pokud tým GSI dokáže měřit rychlost rozpadu v intervalech mnohem kratších než 7 sekund, rychlost rozpadu by měla rychle klesnout na nulu. Pokud by experiment na GSI dokázal změřit několik bodů pod 10 s, naše interpretace by mohla být snadno zamítnuta nebo schválena, říkají.
Tyto myšlenky mají širší význam. Giacosa a Pagliara tvrdí, že tento efekt by mohl vysvětlit další podivné periodické variace v rychlostech rozpadu, které fyzici pozorovali v mnohem delších časových měřítcích. Podívali jsme se na některé z nich tady .
A co víc, variace jsou jasně zásadními efekty v kvantové mechanice, které by mohly mít hluboké důsledky pro naše chápání jaderných procesů, které probíhají uvnitř hvězd.
A to vše znamená, že s anomálií GSI je ještě více zábavy, ať už se toto vysvětlení ukáže jako pravdivé, nebo ne.
Ref: arxiv.org/abs/1110.1669 : Oscilace v zákoně rozpadu: Možné kvantově mechanické vysvětlení anomálie GSI?