Лазерный мир

Благодаря этому исследователи смогут впервые детально изучить электронные оболочки элементов таблицы Менделеева с номером выше 103. Результаты исследования опубликовал научный журнал Physical Review Letters, кратко об этом пишет пресс-служба Сколковского института науки и технологий.

«Измерение спектральных линий сверхтяжелых элементов имеет фундаментальное значение для космологии, астрофизики и развития теории атомной структуры. Можно сказать, что наш метод открывает широкие возможности в разных областях атомной и ядерной физики», – рассказал один из авторов исследования, профессор Сколтеха Алексей Бучаченко.

В таблице Менделеева есть как стабильные элементы, которые не могут самостоятельно распадаться, так и короткоживущие, существование которых измеряется долями наносекунды. Среди них как очень тяжелые элементы, такие как плутоний, так и относительно легкие вещества, такие как технеций.

Как правило, чем тяжелее элемент, тем быстрее распадаются его изотопы и тем сложнее его получать искусственным путем. Обычно для этого используют ускорители частиц, которые бомбардируют мишени из различных тяжелых металлов. Поэтому для того, чтобы детально изучить их свойства и структуру их электронных оболочек, ученые идут на множество ухищрений.

Несмотря на все подобные усилия, как пишут профессор Бучаченко и его коллеги, внутренняя структура электронных оболочек и другие свойства атомов элементов с порядковым номером выше 102 оставались неизученными, по крайней мере с помощью классических методов спектроскопии из-за крайне малых сроков их существования и невозможности накопить большие их количества.

Секреты сверхтяжелых атомов

В новом исследовании физики решили эту проблему, изучая то, как меняется поведение ионов подобных веществ при облучении пучками лазерного излучения. Как правило, исследователи изучают спектр отдельных атомов, наблюдая за тем, как они повторно излучают частицы света, поглотив порцию лазерного излучения. Однако в случае со сверхтяжелыми элементами за то время, которое есть у физиков до распада атома, сделать это почти невозможно.

Профессор Бучаченко и его коллеги обошли эту проблему. Они обратили внимание на то, что возбужденные ионы тяжелых элементов взаимодействуют с окружающими их молекулами газа не так, как это делают нейтральные атомы этих веществ. Благодаря этому их можно отличить друг от друга и выяснять структуру электронных оболочек, наблюдая за тем, как быстро тяжелые атомы «дрейфуют» и падают на поверхность детектора.

С помощью этой методики, которую ученые назвали лазерной резонансной хроматографией, можно исследовать свойства атомов из ускорителей частиц, не тратя много времени на их подготовку, а также отличать их друг от друга и проводить множество других исследований, не доступных для классических разновидностей спектроскопии.

Ученые уже запланировали подобные опыты с лоуренсием, 103-м элементом таблицы Менделеева, подобрав такие параметры работы лазера, при которых ионы будут оставаться в возбужденном состоянии гарантированно дольше, чем обычно существуют атомы этого нестабильного элемента.

«Пока нам удалось надежно предсказать лазерную резонансную хроматографию ионов лоуренсия, последнего из неисследованных тяжелых элементов, и смоделировать оптимальные параметры для ее экспериментальной реализации. Надеюсь, что продолжение плодотворного сотрудничества с коллегами позволит нам исследовать хотя бы некоторые из них», – подытожил Бучаченко.

Источник: https://nauka.tass.ru/nauka/9257983