Земля полна естественного магния, выкованного давно в звездах, который с тех пор стал ключевым компонентом нашего рациона и минералами в коре планеты. Но этот магний стабилен. Его атомное ядро не распадается. Однако изотоп магния-18 слишком нестабилен, чтобы его можно было найти в природе.
У всех атомов магния внутри ядра есть 12 протонов. Раньше самая легкая версия магния имела 7 нейтронов, что давало в общей сложности давало 19 протонов и нейтронов — отсюда и обозначение как магний-19.
Чтобы получить магний-18, который легче на один нейтрон, Кайл Браун из National Superconducting Cyclotron Laboratory и его коллеги начали со стабильного изотопа магния, магния-24.
Циклотрон ускорил пучок ядер магния-24 примерно до половины скорости света и направил этот пучок в мишень, которая представляет собой металлическую фольгу, сделанную из элемента бериллия. И это был только первый шаг.
«Это столкновение дает вам много разных изотопов легче, чем магний-24», — сказал Кайл Браун. «Но из этого супа мы можем выбрать изотоп, который нам нужен».
В данном случае этим изотопом является магний-20. Эта версия нестабильна, то есть распадается обычно за десятые доли секунды.
Итак, у команды ученых есть время, чтобы заставить магний-20 столкнуться с другой бериллиевой мишенью на расстоянии около 30 метров.
«Но он движется со скоростью вдвое медленнее света. Все происходит довольно быстро, — говорит Кайл Браун. Это следующее столкновение создает магний-18, время жизни которого составляет примерно одну-секстиллионную долю секунды.
Это настолько короткий срок, что магний-18 не покрывается электронами, чтобы стать полноценным атомом перед тем, как он распадется. Он существует только как голое ядро.
Фактически, это настолько короткий промежуток времени, что магний-18 никогда не покидает бериллиевую мишень. Новый изотоп распадается внутри мишени.
Это означает, что ученые не могут исследовать изотоп напрямую, но они могут охарактеризовать контрольные признаки его распада.
Сначала он выбрасывает два протона из своего ядра, чтобы стать неоном-16, который затем выбрасывает еще два протона, чтобы стать кислородом-14.
Анализируя протоны и кислород, которые действительно покидают цель, физики могут определить свойства магния-18.
«Это была командная работа. Все очень много работали над этим проектом. Это довольно интересно. Не каждый день люди открывают новый изотоп», — сказал Кайл Браун.