Неслучайные колебания: Осцилляции
Странное открытие было сделано в 2007 г. немецкими физиками, работающими на ускорителе GSI. Измеряя скорость радиоактивного распада празеодима и прометия, практически лишенных своих электронов, с избытком положительного заряда на ядре более +50. В таких условиях ядра вели себя довольно неожиданным образом.
Вообще, уже тогда было давно известно, что определенные значения температуры и давления могут менять скорость радиоактивного распада атомов в пределах 1% — возможно, слегка меняя плотность электронной оболочки вокруг ядра. Однако на этот раз нашлось нечто непохожее на все знакомое ученым. Обнаружилось, что скорость распада ядер празеодима и прометия колеблется вокруг обычной экспоненциальной кривой с периодом около 7 с.
Эксперимент, поставленный тогда немцами, оказался действительно уникальным. В ускорителе ученые получали пучок ионов нужного элемента и измеряли скорость их распада индивидуально. Фактически, им удалось проследить продолжительность существования каждого иона, а не оценить этот параметр для популяции ионов в целом — в этом случае, понятно, осцилляции просто потерялись бы. Так что многие специалисты считают работу, проделанную на GSI, самым точным измерением процесса радиоактивного распада атомов. Однако возникает вопрос о происхождении непонятных осцилляций в его скорости.
Первое предложенное объяснение связывает их с нейтринными осцилляциями. Дело в том, что ядра празеодима и прометия могут распадаться двумя путями. Протон может уловить со стороны электрон, в результате чего образуется нейтрон и электронное нейтрино; либо протон может спонтанно распасться на нейтрон, позитрон и электронное нейтрино. Было предположено, что электронные нейтрино, получающиеся в результате в обоих случаях, могут осциллировать, превращаясь в нейтрино других типов, и что превращение это тем или иным образом влияет на скорость распада. (Интересно, что с теми же нейтринными осцилляциями связывают и еще более загадочный факт мироздания — доминирование материи над антиматерией во Вселенной. Читайте: «Скорость осцилляций»).
Однако почти сразу раздались критические голоса, разумно заметившие, что нейтринные осцилляции в любом случае должны происходить после распада протона, когда нейтрино удалилось от ядра, и они не могут влиять на скорость уже завершившегося процесса. Аномалия осталась необъясненной, и новых идей не находилось.
И лишь на днях физики Франческо Джиакоза (Francesco Giacosa) и Джузеппе Паглиара (Giuseppe Pagliara) выступили со своей гипотезой, объясняющей осцилляции в скорости радиоактивного распада, замеченные в ходе экспериментов 2007 года. По их мнению, она может возникать, как следствие того, что два пути распада празеодима и прометия происходят на слегка различных энергетических уровнях. Каждый сам по себе, взятый в отдельности, будет точно следовать классической экспоненциальной кривой. Однако, протекая параллельно друг другу, они создают эффект осцилляции: колебания скорости распада связаны с тем, что он проходит то по одному пути, то по другому.
Кстати, это предположение позволяет сделать весьма интересное предсказание: если делать замеры скорости распада с интервалами намного меньшими 7 секунд, она быстро упадет до нуля. Осталось проверить.
По сообщению MIT Technology Review / Physics ArXiv Blog