Физики из Окриджской национальной лаборатории (США) и Карлова университета в Праге (Чехия) показали, что результаты экспериментов на электронном линейном ускорителе ORELA (Oak Ridge Electron Linear Accelerator) не отвечают тем закономерностям, которые устанавливает теория случайных матриц.

Ускоритель использовался для изучения энергетической зависимости сечения взаимодействия нейтронов с атомными ядрами. Известно, что эта зависимость имеет свои особенности — нейтронные резонансы, которые проявляются в виде резкого роста сечения вблизи определённых энергий. Образующееся в результате взаимодействия возбуждённое состояние ядра нестабильно, и последнее вскоре распадается с испусканием нейтрона или гамма-кванта (см. радиационный захват); значительно реже испускаются альфа-частицы или протоны, а для некоторых очень тяжёлых ядер характерен процесс деления.

Рис . 1. Вид на Окриджскую национальную лабораторию.

Вероятности различных видов распада резонансного состояния характеризуются так называемыми ширинами резонансов Г (нейтронной, радиационной и т. д.), которые входят в качестве параметров в формулу Брейта — Вигнера, описывающую энергетическую зависимость эффективного сечения взаимодействия нейтрона с ядром вблизи резонансной энергии. Нейтронные ширины резонансов Г_n обладают энергетической зависимостью, вследствие чего обычно используют их значения, приведённые к одному электронвольту. Амплитуды приведённых нейтронных ширин также существенно изменяются от резонанса к резонансу, причём опытные данные говорят о том, что эти амплитуды распределены по нормальному закону с нулевым средним значением. Вид распределения (хи-квадрат с одной степенью свободы) был определён американскими физиками Портером и Томасом.

Гораздо более подробное изложение теории нейтронных резонансов можно найти в статье Л. Б. Пикельнера, Ю. П. Попова и Э. И. Шарапова «Светосильная нейтронная спектроскопия ядер», опубликованной в журнале «Успехи физических наук».

Необходимо заметить, что строгое описание энергетической зависимости эффективных сечений даёт теория случайных матриц, на базе которой можно получить и формулу Брейта — Вигнера, и распределение Портера — Томаса. Учёных полностью устраивало такое положение дел, поскольку теория находилась в согласии с экспериментом.

В опытах на ORELA исследовалось взаимодействие нейтронов с платиной. Физики измерили сечения с использованием природной платины и образцов, обогащённых изотопами ¹⁹²Pt, ¹⁹⁴Pt, ¹⁹⁵Pt и ¹⁹⁶Pt. Обработка данных, к огромному удивлению авторов, показала, что в этом случае выражение Портера — Томаса некорректно описывает распределение приведённых Г_n. Вероятность того, что теория всё-таки работает, составляет лишь 3•10^-5.

Если этот результат подтвердится, инженерам, возможно, придётся пересмотреть некоторые параметры защиты ядерных реакторов, поскольку сейчас именно теория случайных матриц используется при расчёте вероятности взаимодействия вылетающих нейтронов с веществом. Физикам, очевидно, необходимы дополнительные эксперименты на других ядрах, которые должны показать, что обнаруженный эффект никак не связан с особенностями платины.

К сожалению, ORELA в настоящее время не функционирует: финансирование получают другие проекты, которые считаются более перспективными. По мнению авторов, заменить эту установку может только ускоритель GELINA, расположенный в бельгийском городе Гёль.

Полная версия отчёта опубликована в журнале Physical Review Letters.

По материалам: