Международная группа физиков выяснила, почему бета-распады в атомных ядрах протекают медленнее, чем в свободных нейтронах.

Над решением этой загадки ученые бились в течение 50 лет.

Исследователи изучили превращение изотопа олова-100 в индий-100. Эти два элемента имеют одинаковое количество нуклонов (протонов и нейтронов), однако индий-100 имеет на один протон меньше и на один нейтрон больше, чем олово-100. При бета-плюс-распаде (позитронном распаде) протон олова превращается в нейтрон, при этом излучается позитрон и электронное нейтрино. Этот тип бета-распада происходит только внутри ядра. При бета-распаде свободного нейтрона испускается электрон и антинейтрино.

Физики с помощью суперкомпьютера смоделировали структуру распадающегося материнского ядра олова-100 и образующегося дочернего ядра, а также учитывали поля сильных и слабых взаимодействий и корреляции между нуклонами во время распада. Это позволило определить, что низкая скорость бета-распада в ядрах обусловлена вовлечением в процесс сразу двух нуклонов, например двух протонов, распадающихся на протон и нейтрон, или протона и нейтрона, распадающихся на два нейтрона.

По словам ученых, теоретические результаты согласуются с экспериментальными данными и могут быть использованы для изучения синтеза тяжелых элементов во время слияния нейтронных звезд, а также безнейтринного двойного бета-распада.