В мире химических элементов, где у каждого атома есть своя история, технеций всегда стоял особняком. Этот элемент, рожденный не в недрах звезд, как большинство его соседей по таблице Менделеева, а в лабораториях человека, носит титул первого искусственно синтезированного химического элемента, за что и получил свое имя, означающее «искусственный». Его нестабильная, радиоактивная природа сделала его настоящим «призраком» в естественном мире. И среди этого семейства нестабильных изотопов один долгое время хранил особую тайну — технеций-98. Группе исследователей из Кельнского университета наконец удалось проникнуть в эту тайну и впервые в истории экспериментально наблюдать его крайне редкий распад через электронный захват, подтвердив теоретическое предсказание, которому было несколько десятилетий.
Суть открытия заключается в детальном изучении процесса электронного захвата, одного из самых загадочных видов радиоактивного распада. В этом процессе ядро атома, в данном случае ядро технеция-98, переживает удивительную метаморфозу: оно «крадет» электрон из самой близкой к себе электронной оболочки.
Этот электрон сливается с одним из протонов ядра, в результате чего протон превращается в нейтрон. Поскольку заряд ядра, определяющий химический элемент, уменьшается на единицу, технеций магическим образом превращается в другой элемент. Именно это превращение и стремились зафиксировать ученые.
Главной проблемой в обнаружении этого процесса была невероятная редкость самого изотопа. Технеций-98 доступен лишь в микроскопических количествах, что делало его сигнал практически неуловимым на фоне более интенсивного излучения других материалов. Для своего эксперимента ученые использовали около трех граммов технеция-99, в котором содержались лишь следы искомого изотопа — примерно 0,06 микрограмма.
Чтобы уловить слабый «голос» распадающегося технеция-98 в этом «хоре» радиации, потребовалось инженерное решение: специально разработанная свинцовая защита, которая эффективно подавила мешающий радиационный фон. На высокочувствительной измерительной станции «Кловер», регистрирующей характерное гамма-излучение, в течение семнадцати дней кропотливых наблюдений было зафиксировано около 40 000 актов распада посредством электронного захвата.
Эти данные принесли два ключевых результата. Во-первых, было окончательно подтверждено, что технеций-98 действительно распадается путем электронного захвата, причем преимущественно превращается в стабильный изотоп рутений-98.
Во-вторых, и это стало еще более тонким открытием, примерно в 0,3 процентах случаев ядро технеция-98 выбирает альтернативный путь, превращаясь не в рутений, а в молибден-98. Это открытие двойного пути распада дает бесценную информацию о тонких энергетических состояниях атомных ядер и силах, которые управляют их стабильностью.
Как отмечает руководитель исследовательской группы доктор Эрик Штруб, данная работа представляет собой небольшой, но крайне важный вклад в фундаментальное понимание ядерной физики. Точные данные о таких редких процессах распада позволяют ученым проверять и уточнять теоретические модели, которые описывают структуру и стабильность атомных ядер.
Каждое такое открытие — это новый штрих, постепенно заполняющий белые пятна на карте нуклидов, расширенной версии Периодической системы элементов. В следующем издании этой карты поле технеция-98 украсит новый красный угол, символизирующий недавно подтвержденный путь его распада. Это не только академическое достижение, но и шаг к систематическому поиску аналогичных редких процессов в соседних элементах, что в конечном счете приближает нас к более полной картине устройства материи.