В сотрудничестве с международной группой исследователей Университет штата Мичиган создал самую легкую в мире версию магния. Изотоп-рекордсмен магний-18 получен в Национальной лаборатории сверхпроводящих циклонов (NSCL) и настолько нестабилен, что распадается прежде, чем ученые могут измерить его напрямую или обнаружить в природе. Поэтому, используя ускоритель частиц, физики создали его лабораторно в попытке понять, как устроены атомы и откуда берутся элементы Вселенной. Это поможет предсказать, что происходит в экстремальных космических средах, условиях которых, возможно, никогда не получится напрямую воспроизвести или измерить с Земли. Работа физиков опубликована в журнале Physical Review Letters.

«Тестируя модели и делая их все лучше и лучше, мы можем экстраполировать то, как все работает, там, где мы не можем это измерить. Мы измеряем то, что можем измерить, чтобы предсказать то, что не можем», — сказал Кайл Браун, доцент кафедры химии в Лаборатории редких изотопных лучей (FRIB) — пользовательского объекта Управления науки Министерства энергетики США.

У всех атомов магния внутри ядра 12 протонов. Раньше самая легкая версия магния имела 7 нейтронов, что давало в общей сложности 19 протонов и нейтронов. Чтобы получить магний-18, который легче на один нейтрон, команда взяла магний-24. ЦиклотронРезонансный циклический ускоритель нерелятивистских тяжелых заряженных частиц, в котором частицы движутся в постоянном и однородном магнитном поле, а для их ускорения используется высокочастотное электрическое поле неизменной частоты в NSCL ускорил пучок ядер магния-24 примерно до половины скорости света и направил его в цель: металлическую фольгу из бериллия.

Столкновение дало множество разных изотопов легче, чем магний-24. Из них выделили магний-20, период распада которого составляет десятые доли секунды. За это время команде пришлось заставить полученный изотоп столкнуться с другой бериллиевой целью на расстоянии около 30 метров. Так появился магний-18, существующий примерно секстиллионную долю секунды. Это настолько мало, что изотоп не маскируется электронами, чтобы стать полноценным атомом перед распадом, и существует как голое ядро. Фактически, за столь короткий промежуток времени магний-18 не покидает бериллиевую мишень и распадается внутри нее.

Поэтому ученые лишь охарактеризовали явные признаки нового изотопа. Магний-18 сначала выбросил два протона из своего ядра и стал неоном-16, который затем испустил еще два протона, став кислородом-14. Анализируя протоны и кислород, которые покинули цель, команда определила свойства магния-18.

В 2016 году команде из корейского Научно-исследовательского института термоядерного синтеза (NFRI) удалось установить мировой рекорд удержания плазмы – 70 секунд. При этом его температура достигала 50 миллионов градусов Цельсия, что в три раза выше температуры в ядре Солнца.