|
Поместив образец железа-57 в ограниченное пространство, немецкие экспериментаторы добились шестикратного ускорения распада его возбужденного состояния.
Технологическое могущество человека весьма ограничено. Он может запасать энергию солнечных лучей в аккумуляторах, но он не может заставить Солнце светить ярче. Он может поймать единичный электрон и управлять им, но он не может изменить законы квантовой механики. А может ли человек, скажем, повлиять на скорость радиоактивного распада ядер?
На первый взгляд кажется, что нет — ведь радиоактивный распад нестабильного атомного ядра определяется его внутренним строением. Оказывается, не только. Теоретики давно предсказывали, что определенные внешние воздействия могут ускорить или, наоборот, замедлить реакцию распада ядер. Всё, что для этого требуется, — это сделать так, чтобы продукты распада вылетали не в пустое неограниченное пространство, а, например, в заполненное средой или же в пустое, но ограниченное стенками. Оба этих варианта, в зависимости от конкретной реализации, будут помогать или мешать распаду нестабильных ядер, изменяя, таким образом, его время полураспада.Последствия такого управления радиоактивностью могут быть самые серьезные, вплоть до создания нового типа ядерной бомбы (читайте подробности в нашей заметке Доказана теоретическая несостоятельность гафниевой бомбы). До сих пор, впрочем, максимум, чего удавалось добиться экспериментаторам, — это уменьшить время полураспада на несколько процентов (см., например, заметку Искусственное ускорение ядерного распада).
На фоне этих скромных достижений результаты немецких физиков, опубликованные недавно в статье R. Roehlsberger et al., Physical Review Letters, 95, 097601 (22 August 2005), выглядят гигантским шагом вперед. Немцы сообщают о шестикратном ускорении распада возбужденного состояния ядра 57Fe, сопровождающегося излучением рентгеновского гамма-кванта.
Чтобы достичь такого результата, ученые вырастили слоистую структуру, в центре которой находилась пленка 57Fe толщиной всего в несколько атомных слоев. Эта слоистая структура выполняла роль рентгеновского волновода: внешнее рентгеновское излучение, которым ученые освещали образец с торца, распространялось вдоль железного слоя и не выходило наружу.
В эксперименте немцев короткая вспышка рентгеновского излучения проходила по волноводу и переводила ядра железа-57 в неустойчивое возбужденное состояние. Спустя долю микросекунды это возбужденное состояние снова возвращалось в основное состояние с испусканием рентгеновского фотона исходной энергии. Однако, вылетая из ядра, этот фотон уже находится внутри волновода, а значит, имеет слегка иное пространственное распределение, чем в пустом неограниченном пространстве. Этого и оказалось достаточно для изменения вероятности распада возбужденного состояния ядра. Условно говоря, наличие стенок «помогало» ядру побыстрее испускать гамма-квант.
Экспериментаторы отметили, что присутствие стенок вокруг возбужденного ядра железа изменяет не только его период полураспада, но и угловое распределение вылетевших фотонов. Т. е. ядро очень хорошо «чувствует» стенки, даже не касаясь их непосредственно!
В принципе, физикам известны способы изменения времени жизни нестабильных возбужденных состояний атомов или молекул. Но одно дело — электронные оболочки, управлять которыми относительно легко, а другое дело — ядра атомов, размеры которых почти в миллион раз меньше атомных. Такое управление скоростью ядерных процессов достигнуто впервые.
