Międzynarodowy zespół naukowców z udziałem Aleksandra Augustyna, doktoranta IV roku Szkoły Doktorskiej Narodowego Centrum Badań Jądrowych, po raz pierwszy bezpośrednio zaobserwował wyjątkowo szybką przemianę alfa telluru-104. Wyniki badań, opublikowane dziś w prestiżowym czasopiśmie „Nature”, pokazują, że to nietrwałe jądro atomowe rozpada się w czasie liczonym w nanosekundach. Tellur-104 jest najszybszym znanym emiterem alfa ze stanu podstawowego.

Link do artykułu https://www.nature.com/articles/s41586-026-10581-w 
[dostęp po zalogowaniu na platformie „Nature”].

Badanie dotyczy jednego z podstawowych pytań fizyki jądrowej: skąd w jądrze atomowym bierze się cząstka alfa, zanim zostanie z niego wyemitowana. Cząstka alfa składa się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Samą jej ucieczkę z jądra fizycy opisują jako tunelowanie przez barierę potencjału. Znacznie trudniejsze jest jednak wyjaśnienie, jak taka cząstka powstaje wewnątrz jądra przed emisją.

Szczególnie ciekawy jest tu tellur-104. Jego budowę można sobie wyobrazić jako jądro cyny-100, do którego „doklejona” jest cząstka alfa. Cyna-100 to jądro szczególne: fizycy nazywają je „podwójnie magicznym”, ponieważ zarówno jej protony, jak i neutrony tworzą wyjątkowo stabilny układ. Można to porównać do idealnie zapełnionych półek albo zamkniętej, bardzo uporządkowanej konstrukcji.

Dlatego tellur-104 jest dla fizyków czymś w rodzaju laboratorium w miniaturze. Pozwala sprawdzić, czy przy tak stabilnym „rdzeniu” z cyny-100 cząstka alfa łatwiej formuje się na powierzchni jądra. Innymi słowy, naukowcy chcą zrozumieć, czy cząstka alfa jest w jądrze gotowa jeszcze przed rozpadem, czy powstaje dopiero w samym procesie emisji.

Tellur-104 istnieje bardzo krótko, ale pokazuje coś, czego nie da się łatwo zobaczyć w innych jądrach: moment, w którym materia jądrowa układa się w cząstkę alfa, zanim ta zostanie wyemitowana.

Autorzy pracy zmierzyli czas półtrwania telluru-104 i zwiększyli dokładność wyznaczenia energii jego rozpadu. Ustalili, że czas półtrwania tego izotopu wynosi 7,2 nanosekundy, z niepewnością +2,3/−1,5 nanosekundy. Oznacza to, że jądro rozpada się niemal natychmiast po powstaniu.

Wynik potwierdza tzw. superdozwolony charakter przemiany alfa telluru-104, czyli wyjątkowo duże prawdopodobieństwo emisji cząstki alfa. Według autorów jest to najbardziej skrajny znany przypadek wcześniejszego uformowania cząstki alfa w jądrze atomowym.

– Tellur-104 jest jądrem lekkim, ale jego przemiana alfa to dla nas wyjątkowo czysty przypadek graniczny. Mechanizm, który obserwujemy tu w tak skrajnej postaci – wcześniejsze formowanie się cząstki alfa wewnątrz jądra – może pomóc w zrozumieniu procesu decydującego o przemianach alfa jąder ciężkich i superciężkich. Te ostatnie nie występują w przyrodzie w stabilnej postaci i można je wytwarzać jedynie w wyspecjalizowanych laboratoriach. Przemiana alfa pozostaje jednym z głównych okien, przez które możemy zaglądać w ich strukturę. Dlatego tak ekstremalny pomiar dostarcza twardych danych do testowania i kalibrowania modeli teoretycznych, których używamy do opisu przemiany alfa – mówi Aleksander Augustyn, doktorant IV roku studiów doktoranckich w Narodowym Centrum Badań Jądrowych.

– Ważne jest również to, że w ambitnych międzynarodowych projektach badawczych uczestniczą młodzi naukowcy z NCBJ. Aleksander Augustyn, współautor publikacji w Nature dotyczącej telluru-104, jest doktorantem IV roku Szkoły Doktorskiej NCBJ. Jego przykład pokazuje, że nasi doktoranci nie tylko zdobywają doświadczenie w projektach prowadzonych na najwyższym światowym poziomie, ale realnie i aktywnie współuczestniczą w badaniach przesuwających granice współczesnej fizyki – podkreśla prof. dr hab. Agnieszka Pollo, zastępca dyrektora ds. naukowych.

Zdaniem autorów publikacji przyszłe eksperymenty powinny pozwolić na jeszcze dokładniejsze pomiary energii przemiany oraz samego procesu powstawania cząstki alfa. Tellur-104, choć istnieje przez ułamek ułamka sekundy, może stać się jednym z najważniejszych jąder do testowania teorii opisujących strukturę materii jądrowej.

W badaniach uczestniczyli naukowcy z USA, Japonii, Polski, Niemiec i Hiszpanii. Autorami pracy są m.in. Ian Cox i Robert Grzywacz z University of Tennessee w Knoxville; T.T. King, K.P. Rykaczewski, J.M. Allmond i T.J. Ruland z Oak Ridge National Laboratory; S. Nishimura, N. Fukuda, S. Go, P. Brionnet, S. Michimasa, V. Phong, H. Sakurai, Y. Shimizu, H. Suzuki, H. Takeda, Y. Togano i M. Yoshimoto z RIKEN Nishina Center w Japonii; R. Yokoyama, N. Kitamura, S. Hanai i N. Imai z Center for Nuclear Study Uniwersytetu Tokijskiego; C. Mazzocchi, A. Korgul i A. Skruch z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego; A. Augustyn z Narodowego Centrum Badań Jądrowych; A. Esmaylzadeh i J. Fischer z Universität zu Köln; G. Garcia de Lorenzo z Universidad Complutense de Madrid; K. Kolos z Lawrence Livermore National Laboratory oraz K. Nishio z Japan Atomic Energy Agency.

Inne prace naukowców NCBJ opublikowane w „Nature”.