Бериллий-8

Бериллий-8, Be

Общее
Символ	Be
Имена	бериллий-8, Be-8
Протоны	4
Нейтроны	4
Данные о нуклидах
Естественная численность	0
Период полураспада	8,19 (37) × 10 с
Продукты распада	He
Масса изотопа	8,00530510 (4) u
Спин	0
Режимы распада
Режим распада	Энергия распада (МэВ )
α	(91,84 ± 4) × 10
Изотопы бериллия. Полная таблица нуклидов

Бериллий-8 (Be, Бе-8 ) представляет собой радионуклид с 4 нейтронами и 4 протонами. Это несвязанный резонанс и номинально изотоп бериллия. Он распадается на две альфа-частицы с периодом полураспада порядка 10 секунд; это имеет важные последствия в звездном нуклеосинтезе, поскольку создает узкое место при создании более тяжелых химических элементов. Свойства Be также привели к предположениям о точной настройке Вселенной, и теоретические исследования космологической эволюции были стабильными.

Содержание

• 1 Открытие
• 2 Свойства
  • 2.1 Аномалия распада и возможная пятая сила
• 3 Роль в звездном нуклеосинтезе
• 4 Гипотетические вселенные со стабильным Be
• 5 Примечания
• 6 Ссылки

Открытие

Открытие бериллия-8 произошло вскоре после строительства первого ускорителя частиц в 1932 году. Британские физики Джон Дуглас Кокрофт и Эрнест Уолтон провел свой первый эксперимент со своим ускорителем в Кавендишской лаборатории в Кембридже, в котором они облучали литий-7 протонами .. Они сообщили, что это заселило ядро ​​с A = 8, которое почти мгновенно распадается на две альфа-частицы. Эту активность снова наблюдали несколько месяцев спустя, и было предположено, что ее источником является Be.

Свойства

Бериллий-8 несвязанный в отношении альфа-излучения на 92 кэВ; это резонанс шириной 6 эВ. Ядро гелия-4 особенно стабильно, имея дважды магическую конфигурацию и большую энергию связи на нуклон, чем Be. Поскольку полная энергия Be больше, чем у двух альфа-частиц, распад на две альфа-частицы является энергетически выгодным, а синтез Be из двух ядер He является эндотермическим. Распаду Be способствует структура ядра Be; он сильно деформирован и, как полагают, представляет собой подобный молекуле кластер из двух альфа-частиц, которые очень легко разделяются. Кроме того, хотя другие альфа-нуклиды имеют аналогичные короткоживущие резонансы, Be в исключительных случаях уже находится в основном состоянии . Несвязанная система из двух α-частиц имеет низкую энергию кулоновского барьера, что позволяет ей существовать в течение любого значительного периода времени. А именно, Be распадается с периодом полураспада 8,19 × 10 секунд.

Be также имеет несколько возбужденных состояний. Это также короткоживущие резонансы, имеющие ширину до нескольких МэВ и различные изоспины, которые быстро распадаются до основного состояния или на две альфа-частицы.

Аномалия распада и возможная пятая сила

Эксперимент 2015 г. и др. в Институте ядерных исследований Венгерской академии наук были обнаружены аномальные распады в возбужденных состояниях Be с энергией 17,64 и 18,15 МэВ, заселенных протонным облучением Li. Наблюдался избыток распадов с образованием пар электрон - позитрон под углом 140 ° с объединенной энергией 17 МэВ. Джонатан Фенг и др. связывают эту аномалию 6,8- σ с протофобным X- бозоном с энергией 17 МэВ, получившим название частица X17. Этот бозон будет служить посредником пятой фундаментальной силы, действующей на коротком расстоянии (12 фм ) и, возможно, объясняя распад этих возбужденных состояний Be. Повторный запуск этого эксперимента в 2018 году обнаружил такое же аномальное рассеяние частиц и установил более узкий диапазон масс предлагаемого пятого бозона, 17.01 ± 0.16 МэВ / c. Хотя для подтверждения этих наблюдений необходимы дальнейшие эксперименты, влияние пятого бозона было предложено как «наиболее очевидную возможность».

Роль в звездном нуклеосинтезе

в звездном нуклеосинтезе, два ядра гелия-4 могут столкнуться и слиться в одно ядро ​​бериллия-8. Бериллий-8 имеет чрезвычайно короткий период полураспада (8,19 × 10 секунд), и распадается обратно на два ядра гелия-4. Это, наряду с несвязанной природой He и Li, создает узкое место в нуклеосинтезе Большого взрыва и звездном нуклеосинтезе, поскольку это требует очень высокой скорости реакции. Это препятствует образованию более тяжелых элементов в первом процессе и ограничивает выход во втором процессе. Если бериллий-8 сталкивается с ядром гелия-4 перед распадом, они могут сливаться в ядро ​​углерода-12. Впервые эта реакция была независимо теоретизирована Эпиком и Солпетером в начале 1950-х годов.

Из-за нестабильности Be, тройной альфа-процесс является единственной реакцией, в которой C и более тяжелые элементы могут образовываться в наблюдаемых количествах. Тройной альфа-процесс, несмотря на то, что он является трехчастичной реакцией, облегчается, когда производство Be увеличивается так, что его концентрация составляет примерно 10 относительно He; это происходит, когда Ве образуется быстрее, чем распадается. Однако одного этого недостаточно, так как столкновение между Be и He с большей вероятностью приведет к разрыву системы, чем к слиянию; скорость реакции все равно не будет достаточно высокой, чтобы объяснить наблюдаемое изобилие C. В 1954 году Фред Хойл таким образом постулировал существование резонанса в углероде-12 в области звездных энергий. процесса тройного альфа, усиливающего образование углерода-12, несмотря на чрезвычайно короткий период полураспада бериллия-8. Существование этого резонанса (состояние Хойла ) было подтверждено экспериментально вскоре после этого; его открытие упоминалось в формулировках антропного принципа и гипотезы тонкой настройки Вселенной.

Гипотетические вселенные со стабильным Be

Поскольку бериллий-8 не связан только 92 кэВ, предполагается, что очень небольшие изменения ядерного потенциала и точная настройка определенных констант (таких как α, постоянная тонкой структуры ) могут значительно увеличить энергию связи Предотвратить его альфа-распад, тем самым сделав его стабильным. Это привело к исследованиям гипотетических сценариев, в которых Be стабильно, и к размышлениям о других вселенных с другими фундаментальными константами. Эти исследования предполагают, что исчезновение узкого места, созданного Ве, приведет к совершенно другому механизму реакции в нуклеосинтезе и тройном альфа-процессе, а также к изменению содержания более тяжелых химических элементов. Поскольку нуклеосинтез Большого взрыва произошел только в течение короткого периода времени при необходимых условиях, считается, что не было бы значительных различий в производстве углерода, даже если бы Be был стабильным. Однако стабильный Be обеспечит альтернативные пути реакции при горении гелия (такие как Be + He и Be + Be; составляющие фазу «горения бериллия») и, возможно, повлияет на количество образующихся C, O и более тяжелых ядер, хотя H и Он останется самыми распространенными нуклидами. Это также повлияет на звездную эволюцию за счет более раннего начала и более высокой скорости горения гелия (и горения бериллия) и приведет к другой главной последовательности, чем наша Вселенная.

Примечания

Ссылки

.