Бериллий-8
| Общий | |
|---|---|
| Символ | 8 Быть |
| Имена | бериллий-8, 8Be, Be-8 |
| Протоны ( С ) | 4 |
| Нейтроны ( Н ) | 4 |
| Данные о нуклидах | |
| Природное изобилие | 0 (вымершие) [а] |
| Период полураспада ( т 1/2 ) | (8.19 ± 0.37) × 10 −17 с |
| масса изотопа | 8.00530510(4) Да |
| Вращаться | 0 |
| Продукты распада | 4 Он |
| Режимы затухания | |
| Режим затухания | Энергия распада ( МэВ ) |
| а | (91.84 ± 4) × 10 −3 [2] |
| Изотопы бериллия Полная таблица нуклидов | |
Бериллий-8 ( 8 Be , Be-8 ) — радионуклид с 4 нейтронами и 4 протонами . Это несвязанный резонанс и номинально изотоп бериллия . Он распадается на две альфа-частицы с периодом полураспада порядка 8,19 × 10. −17 секунды. Это имеет важные последствия для звездного нуклеосинтеза , поскольку создает узкое место в создании более тяжелых химических элементов . Свойства 8 Это также привело к спекуляциям о тонкой настройке Вселенной . и теоретическим исследованиям космологической эволюции 8 Будьте стабильны.
Открытие
[ редактировать ]Открытие бериллия-8 произошло вскоре после постройки первого ускорителя частиц в 1932 году. Физики Дуглас Кокрофт и Эрнест Уолтон провели свой первый эксперимент на своем ускорителе в Кавендишской лаборатории в Кембридже , в котором они облучили литий-7 протонами Джон . Они сообщили, что это заселило ядро с A = 8, которое почти мгновенно распадается на две альфа-частицы. Эта активность наблюдалась снова несколько месяцев спустя и, как предполагалось, возникла из-за 8 Быть. [3]
Характеристики
[ редактировать ]
Бериллий-8 несвязан по альфа-излучению на 92 кэВ; это резонанс шириной 6 эВ. [4] Ядро гелия-4 особенно стабильно: оно имеет двойную магическую конфигурацию и большую энергию связи на нуклон, чем 8 Быть. Поскольку полная энергия 8 Be больше, чем у двух альфа-частиц , распад на две альфа-частицы энергетически выгоден, [5] и синтез 8 Быть из двух 4 Ядра его эндотермичны. Распад 8 Быть облегчено структурой 8 Будьте ядром; он сильно деформирован и, как полагают, представляет собой молекулообразный кластер из двух альфа-частиц, которые очень легко разделяются. [6] [7] Более того, хотя другие альфа-нуклиды имеют аналогичные кратковременные резонансы, 8 Исключительно уже находится в основном состоянии . Несвязанная система двух α-частиц имеет низкую энергию кулоновского барьера , что обеспечивает ее существование сколь угодно значительное время. [8] А именно, 8 Be распадается с периодом полураспада 8,19 × 10. −17 секунды. [9]
Бериллий-8 — единственный нестабильный нуклид с одинаковым четным числом ≤ 20 протонов и нейтронов . Это также один из двух нестабильных нуклидов (второй — гелий-5 ) с массовым числом ≤ 143, которые устойчивы как к бета-распаду , так и к двойному бета-распаду .
Существует также несколько возбужденных состояний. 8 А именно, все короткоживущие резонансы – имеющие ширину до нескольких МэВ и изменяющиеся изоспины – которые быстро распадаются на основное состояние или на две альфа-частицы. [10]
Аномалия распада и возможная пятая сила
[ редактировать ]Эксперимент Аттилы Краснахоркай и др., проведенный в 2015 году. в Институте ядерных исследований Венгерской академии наук обнаружили аномальные распады в возбужденных состояниях с энергиями 17,64 и 18,15 МэВ. 8 Be, заселенный протонным облучением 7 Ли. избыток распадов с образованием электрон - позитронных Наблюдался пар под углом 140° с суммарной энергией 17 МэВ. Джонатан Фенг и др. приписывают эту аномалию 6,8- σ протофобному Х- бозону с энергией 17 МэВ, получившему название частицы X17 . Этот бозон будет опосредовать пятую фундаментальную силу, действующую на коротком расстоянии (12 Фм ), и, возможно, объяснит распад этих бозонов. 8 Будьте взволнованы состояниями. [10] Повторный запуск этого эксперимента в 2018 году обнаружил такое же аномальное рассеяние частиц и установил более узкий диапазон масс предполагаемого пятого бозона - 17,01 ± 0,16 МэВ/с. 2 . [11] Хотя для подтверждения этих наблюдений необходимы дальнейшие эксперименты, влияние пятого бозона было предложено как «наиболее простая возможность». [12]
Роль в звездном нуклеосинтезе
[ редактировать ]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 −17 секунд) и распадается обратно на два ядра гелия-4. Это, наряду с несвязанной природой 5 Он и 5 Ли, создает узкое место в нуклеосинтезе Большого взрыва и звездном нуклеосинтезе , [8] поскольку это требует очень высокой скорости реакции. [13] Это препятствует образованию более тяжелых элементов в первом и ограничивает выход во втором процессе. Если перед распадом бериллий-8 сталкивается с ядром гелия-4, они могут слиться с ядром углерода-12 . Эту реакцию впервые независимо теоретизировал Эпик. [14] и Солпитер [15] в начале 1950-х годов.
В связи с нестабильностью 8 Будь, тройной альфа-процесс — единственная реакция, в которой 12 C и более тяжелые элементы могут производиться в наблюдаемых количествах. Процесс тройного альфа, несмотря на то, что это реакция трех тел, облегчается, когда 8 Производство Be увеличивается так, что его концентрация составляет примерно 10 −8 относительно 4 Он; [16] это происходит, когда 8 Be производится быстрее, чем распадается. [17] Однако одного этого недостаточно, поскольку столкновение между 8 Будь и 4 Он скорее разрушит систему, чем обеспечит ее слияние; [18] скорость реакции все равно не будет достаточно высокой, чтобы объяснить наблюдаемое обилие 12 С. [1] Таким образом , в 1954 году Фред Хойл постулировал существование резонанса в углероде-12 в звездной энергетической области тройного альфа-процесса, ускоряя образование углерода-12, несмотря на чрезвычайно короткий период полураспада бериллия-8. [19] существование этого резонанса ( состояния Хойла Вскоре после этого ) было подтверждено экспериментально; его открытие упоминалось в формулировках антропного принципа и гипотезы точной настройки Вселенной. [20] [21]
Гипотетические вселенные со стабильными 8 Быть
[ редактировать ]Поскольку бериллий-8 несвязан всего с энергией 92 кэВ, предполагается, что очень небольшие изменения ядерного потенциала и точная настройка определенных констант (таких как α, константа тонкой структуры ) могут значительно увеличить энергию связи бериллия-8. 8 Будьте, чтобы предотвратить его альфа-распад, тем самым сделав его стабильным . Это привело к исследованию гипотетических сценариев, в которых 8 Быть стабильным и есть предположения о других вселенных с другими фундаментальными константами. [1] Эти исследования показывают, что исчезновение узкого места [20] созданный 8 Это привело бы к совершенно другому механизму реакции нуклеосинтеза Большого взрыва и процесса тройного альфа, а также изменило бы содержание более тяжелых химических элементов. [4] Поскольку нуклеосинтез Большого взрыва произошел только в течение короткого периода времени при наличии необходимых условий, считается, что не будет существенной разницы в производстве углерода, даже если 8 Быть стабильными. [8] Тем не менее, стабильный 8 Это позволило бы реализовать альтернативные пути реакции при горении гелия (например, 8 Будь + 4 Он и 8 Будь + 8 Быть; составляющие фазу «горения бериллия») и, возможно, влияют на содержание образующегося 12 С, 16 О, и более тяжелые ядра, хотя 1 Рука 4 Он останется самым распространенным нуклидом. Это также повлияет на эволюцию звезд из-за более раннего начала и более высокой скорости горения гелия (и горения бериллия) и приведет к иной главной последовательности, чем в нашей Вселенной. [1]
Примечания
[ редактировать ]- ^ Он не встречается в природе на Земле, но существует в вековом равновесии в ядрах звезд, горящих гелием. [1]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д Адамс, ФК; Грос, Э. (2017). «Звездный гелий, горящий в других вселенных: решение проблемы точной настройки тройного альфа». Астрофизика частиц . 7 : 40–54. arXiv : 1608.04690 . Бибкод : 2017APh....87...40A . doi : 10.1016/j.astropartphys.2016.12.002 . S2CID 119287629 .
- ^ Ван, М.; Ауди, Г.; Кондев, ФГ; Хуанг, WJ; Наими, С.; Сюй, X. (2017). «Оценка атомной массы AME2016 (II). Таблицы, графики и ссылки» (PDF) . Китайская физика C . 41 (3): 030003-1–030003-442. дои : 10.1088/1674-1137/41/3/030003 .
- ^ Тённессен, М. (2016). Открытие изотопов: полный сборник . Спрингер. стр. 45–48. дои : 10.1007/978-3-319-31763-2 . ISBN 978-3-319-31761-8 . LCCN 2016935977 .
- ^ Перейти обратно: а б Кок, А.; Олив, Калифорния; Узан, Ж.-П.; Ванджиони, Э. (2012). «Изменение фундаментальных констант и роль ядер A = 5 и A = 8 в первичном нуклеосинтезе». Физический обзор D . 86 (4): 043529. arXiv : 1206.1139 . Бибкод : 2012PhRvD..86d3529C . дои : 10.1103/PhysRevD.86.043529 . S2CID 119230483 .
- ^ Шац, Х.; Блаум, К. (2006). «Ядерные массы и происхождение элементов» (PDF) . Новости еврофизики . 37 (5): 16–21. Бибкод : 2006ENews..37e..16S . дои : 10.1051/эпн:2006502 .
- ^ Фрир, М. (2014). «Кластеризация в легких ядрах: от стабильного к экзотическому» (PDF) . В Шайденбергере, К.; Пфюцнер, М. (ред.). Еврошкола по экзотическим пучкам: конспекты лекций по физике . Конспект лекций по физике. Том. 4. Спрингер. стр. 1–37. дои : 10.1007/978-3-642-45141-6 . ISBN 978-3-642-45140-9 . ISSN 0075-8450 .
- ^ Чжоу, Б.; Рен, З. (2017). «Нелокализованная кластеризация в ядрах» . Достижения физики . 2 (2): 359–372. Бибкод : 2017AdPhX...2..359Z . дои : 10.1080/23746149.2017.1294033 .
- ^ Перейти обратно: а б с Кок, А.; Ванджиони, Э. (2014). «Реакция тройного альфа и разрыв A = 8 в звездах BBN и населения III» (PDF) . Память итальянского астрономического общества . 85 : 124–129. Бибкод : 2014MmSAI..85..124C .
- ^ Ауди, Г.; Кондев, ФГ; Ван, М.; Хуанг, WJ; Наими, С. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016» (PDF) . Китайская физика C . 41 (3): 030001. Бибкод : 2017ChPhC..41c0001A . дои : 10.1088/1674-1137/41/3/030001 .
- ^ Перейти обратно: а б Фэн, JL; Форнал, Б.; Галон, И.; и др. (2016). «Доказательства существования протофобной пятой силы из 8 Будьте ядерными переходами». Physical Review Letters . 117 (7): 071803. arXiv : 1604.07411 . doi : /PhysRevLett.117.071803 . PMID 27563952. . S2CID 206279817 10.1103
- ^ Краснахоркай, AJ; Чатлос, М.; Циге, Л.; и др. (2018). «Новые результаты по 8 Будьте аномалией» (PDF) . Journal of Physics: Conference Series . 1056 (1): 012028. Bibcode : 2018JPhCS1056a2028K . doi : 10.1088/1742-6596/1056/1/012028 .
- ^ Картлидж, Э. (25 мая 2016 г.). «Нашла ли венгерская физическая лаборатория пятую силу природы?» . Природа . Проверено 14 июля 2019 г.
- ^ Ландсман, К. (2015). «Аргумент тонкой настройки». arXiv : 1505.05359 [ physical.hist-ph ].
- ^ Эпик, Э.Дж. (1951). «Модели звезд переменного состава. II. Последовательности моделей с выработкой энергии, пропорциональной пятнадцатой степени температуры». Труды Королевской Ирландской академии, раздел А. 54 : 49–77. JSTOR 20488524 .
- ^ Солпитер, Э.Э. (1952). «Ядерные реакции в звездах. I. Протон-протонная цепь» . Физическое обозрение . 88 (3): 547–553. Бибкод : 1952PhRv...88..547S . doi : 10.1103/PhysRev.88.547 .
- ^ Пекаревич, Дж. (2014). «Рождение, жизнь и смерть звезд» (PDF) . Университет штата Флорида . Проверено 13 июля 2019 г.
- ^ Садеги, Х.; Пуримани, Р.; Могадаси, А. (2014). «Процесс радиационного захвата двух гелия и 8 Будьте ядром при энергиях поселенца» . Astrophysical and Space Science . 350 (2): 707–712. Bibcode : 2014Ap&SS.350..707S . doi : 10.1007/s10509-014-1806-1 . S2CID 123444620 .
- ^ Инглис-Аркелл, Э. «Это невероятное совпадение ответственно за жизнь во Вселенной» . Гизмодо . Проверено 14 июля 2019 г.
- ^ Хойл, Ф. (1954). «О ядерных реакциях, происходящих в очень горячих звездах. I. Синтез элементов от углерода до никеля». Приложение к астрофизическому журналу . 1 : 121–146, дои : 10.1086/190005
- ^ Перейти обратно: а б Эпельбаум, Э.; Кребс, Х.; Ли, Д.; Мейснер, Ульф-Г. (2011). « Ab initio расчет состояния Хойла» . Письма о физических отзывах . 106 (19): 192501–1–192501–4. arXiv : 1101.2547 . Бибкод : 2011PhRvL.106s2501E . doi : 10.1103/PhysRevLett.106.192501 . ПМИД 21668146 . S2CID 33827991 .
- ^ Дженкинс, Дэвид; Кирсебом, Оливер (7 февраля 2013 г.). «Тайна жизни» . Мир физики . Архивировано из оригинала 13 февраля 2021 г. Проверено 21 августа 2021 г.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
