Fizikos proveržis: mokslininkai priartėjo prie atsakymo, kaip iš tikrųjų išlaisvinama izomerų energija

Branduoliniai izomerai jau daugelį metų yra viena labiausiai fizikų vaizduotę žadinančių temų. Tai egzotiškos medžiagos būsenos, galinčios kaupti milžiniškus energijos kiekius neįprastai ilgą laiką. Dėl to mokslininkai seniai svarsto apie mikroskopinius energijos šaltinius, itin tikslius laikrodžius ar net naujos kartos spinduliuotės šaltinius. Vis dėlto mechanizmai, lemiantys, kaip ir kada ši energija gali būti išlaisvinta, ilgą laiką išliko ne iki galo aiškūs.

Kinijos mokslų akademijos Šiuolaikinės fizikos instituto komanda reikšmingai praplėtė žinias apie vieną perspektyviausių izomerų – molibdeną-93m. Tyrimas, 2026 m. vasario 6 d. paskelbtas žurnale „Physical Review Letters“, dar nereiškia, kad branduolinės baterijos netrukus atsiras telefonuose. Tačiau jis aiškiai parodo, kuria kryptimi turėtų judėti tolesni fundamentiniai tyrimai, nuo kurių neretai prasideda tikras technologinis progresas.

Raktas – neelastinis branduolinis sklaidos procesas

Eksperimentas atliktas Lanzhou veikiančiame „Heavy Ion Research Facility“ centre atnešė netikėtų išvadų. Paaiškėjo, kad laboratorinėmis sąlygomis dominuojantis mechanizmas, atsakingas už energijos išlaisvinimą iš molibdeno-93m izomero, yra neelastinis branduolinis sklaidos procesas.

Tai svarbi perspektyvos kaita, nes ilgą laiką nemaža dalis teoretikų pagrindiniu keliu laikė kitą procesą – branduolinį sužadinimą per elektrono pagavą (NEEC). Tačiau naujieji matavimai rodo, kad esamomis eksperimentinėmis sąlygomis didesnę reikšmę turi būtent branduoliniai susidūrimai, o ne sąveika su elektronais.

Matavimų duomenys gana iškalbingi: molibdeno-93m izomero „išsekimo“ tikimybė švino folijoje siekė apie 2 iš 100 000, o anglies folijoje – vos 5 iš milijono. Šie skaičiai gerai sutapo su teoriniais neelastinės sklaidos skaičiavimais, bet ryškiai skyrėsi nuo tuo metu prognozuotų NEEC rezultatų. Naudodami išgrynintą molibdeno-93m jonų pluoštą, tyrėjai galėjo tiksliau stebėti, kad stebimą energijos išlaisvinimą lemia būtent branduoliniai susidūrimai.

Kas yra branduoliniai izomerai ir kodėl jie vilioja?

Branduoliniai izomerai – tai ilgai gyvuojančios sužadintos atomų branduolių būsenos. Jas galima palyginti su itin įtempta spyruokle, kuri gali „išsiskleisti“ ne iš karto, o po mėnesių, metų ar dar ilgesnio laikotarpio. Skirtingai nei įprastos sužadintos būsenos, kurios išnyksta per sekundės dalis, izomerai savo būseną gali išlaikyti neįprastai ilgai.

Galimos šios srities pritaikymo kryptys skamba įspūdingai: branduolinės baterijos, galinčios mažame tūryje sukaupti energijos metams, gama lazeriai medicinai ir pramonei, itin tikslūs branduoliniai laikrodžiai, galintys iš esmės pakeisti laiko matavimo standartus. Molibdenas-93m laikomas vienu geresnių kandidatų dėl palankaus sužadinimo energijos ir ilgo gyvavimo trukmės derinio.

Vis dėlto didžiausia kliūtis visuomet buvo ta pati: kaip priversti izomerą kontroliuojamai atiduoti energiją tada, kai to reikia, o ne tada, kai jis natūraliai suyra.

Kodėl šis atradimas svarbus tolesniems tyrimams?

Svarbiausias Kinijos mokslininkų indėlis – patikimi, eksperimentu pagrįsti duomenys. Srityje, kurioje ilgai dominavo teoriniai modeliai, tai ypač vertinga. Supratimas, kaip izomerai elgiasi kontroliuojamomis laboratorinėmis sąlygomis, leidžia tiksliau prognozuoti jų elgesį ir kitose aplinkose – pavyzdžiui, plazmoje žvaigždžių viduje ar termobranduolinės sintezės įrenginiuose.

Tai nereiškia, kad NEEC koncepcija tampa bevertė. Elektrono pagavos sukeltas sužadinimas gali pasirodyti naudingas, tačiau, tikėtina, jam reikalingos visai kitos, labiau optimizuotos sąlygos nei tos, kurios šiuo metu įprastai pasiekiamos eksperimentuose. Tolimesni darbai gali krypti į plazmos aplinkos tyrimus ar elektronų pluoštų susidūrimus su jonais, kur NEEC galėtų tapti svarbesniu veiksniu.

Apibendrinant, Kinijos fizikai parodė, kad kelias link praktinio branduolinių izomerų energijos panaudojimo pirmiausia veda per kruopščius fundamentinius tyrimus. Šis darbas – aiškus žingsnis pirmyn, padedantis susisteminti žinias. Vis dėlto entuziazmą verta derinti su realizmu: nuo publikacijos mokslo žurnale iki veikiančio branduolinės baterijos prototipo dar laukia ilgas kelias. Tačiau kiekvienas toks tyrimas priartina prie technologijų, kurios šiandien vis dar atrodo beveik neįtikėtinos.