Специалисты Физического института им. П. Н. Лебедева (ФИАН) и Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского обнаружили следы естественных ультратяжёлых ядер галактических космических лучей при исследовании метеоритных обломков.
«Искусственные» сверхтяжёлые элементы можно получать, к примеру, путём нейтронного синтеза — облучения тяжёлых ядер нейтронами, за которым следует бета-распад, образование протона и повышение заряда ядра на единицу. Возможности этого метода оказались исчерпаны, когда экспериментаторы добрались до фермия, занимающего сотую позицию в периодической системе: образование следующих элементов требовало слишком больших плотностей потоков нейтронов и высоких энергий. Как показывают теоретические расчёты, необходимые для синтеза условия могут создаваться при взрывах сверхновых или в недрах пульсаров в результате облучения ядер в нейтронной среде огромной плотности (1020–1030 нейтронов на кубический сантиметр).
В лабораторных условиях сверхтяжёлые элементы также получают при столкновениях ускоренных ядер. Учёным, разумеется, хотелось бы подтвердить результаты этих опытов наблюдением аналогичных ядер в природе, и космические лучи предоставляют им такую возможность. «Конечно, поиск редких тяжёлых элементов в космических лучах остаётся сложной задачей, — комментирует сотрудница ФИАН Наталья Полухина. — Решать её помогают метеориты, которые используются в качестве природных детекторов. Их возраст исчисляется сотнями миллионов лет, и просмотр всего одного кубического сантиметра метеоритного вещества может дать информацию о нескольких тысячах ядер тяжёлых элементов галактических космических лучей».
Детекторами в экспериментах российских физиков стали образцы двух палласитов — железно-никелевых метеоритов, имеющих вкрапления полупрозрачных кристаллов оливина. Возраст первого палласита (Marjalahti), попавшего на Землю в 1902 году, оценивается в 185 млн лет, а второго (Eagle Station), найденного в 1880-м, — в 300 млн лет.
Полупрозрачность оливина позволяет исследовать его на оптическом микроскопе, выделяя треки тяжёлых ядер. Последние проявляются в кристаллах в виде дефектов материала метеорита, возникающих вдоль следа частиц, после травления. Геометрические параметры треков прямо зависят от заряда частицы (чем он выше, тем длиннее — при неизменной энергии — будет трек), но одной лишь этой зависимости для идентификации ядер недостаточно, поскольку метеоритные кристаллы оливина обычно имеют небольшие (миллиметровые) размеры, уступающие длине следа тяжёлой частицы. Такое ограничение вынуждает учитывать при оценке заряда ядра дополнительную информацию о скорости травления трека.
Рассматривая палласиты, физики уже собрали данные примерно о шести тысячах ядер с зарядом более 55, распределение которых согласуется с данными других опытов. Наиболее интересный результат был получен совсем недавно: в кристаллах оливина обнаружились треки трёх ультратяжёлых ядер галактических космических лучей с зарядом, попадающим в интервал от 105 до 130. Этот факт подтверждает гипотезу о существовании «острова стабильности» природных трансфермиевых ядер.
По материалам: ФИАН-информ