В одной ядерной реакции могут встретиться самые разные временные масштабы. Если разогнанное ядро-снаряд сталкивается с ядром-мишенью, то за короткое время образуется горячее нестабильное ядро, которое, к тому же, может сильно вращаться. Если ему повезло и оно не развалилось тут же на пару дочерних ядер, оно формирует составное ядро. В течение сотен зептосекунд оно сбрасывает лишние протоны и нейтроны, затем на фемтосекундном масштабе излучает лишнюю энергию и, наконец, превращается в окончательный продукт реакции. Изображение с сайта cns.s.u-tokyo.ac.jp
1 зс = 10−21 cЗептосекунда — это 10−21 c, одна тысячная доля аттосекунды. Если аттосекунды были тем масштабом, на котором живут электроны внутри атомов, то на зептосекундах и это движение практически замирает. Если бы нам удалось с помощью чудо-прибора замедлить ход времени в 1021 раз, то мы бы увидели, что весь мир — молекулы, атомы, электроны — практически остановился. Замер бы даже видимый свет — колебания с периодом в миллион (!) зептосекунд не успели бы толком начаться. Даже свет со своей огромной скоростью пролетает за 1 зс дистанцию в сотни раз меньше размера атома.
Могут ли на таком масштабе времен вообще происходить хоть какие-то процессы? Да, могут, но только эти процессы уже будут не из привычного нам мира, складывающегося из движений атомов и электронов! Зептосекунды относятся либо к атомным ядрам, либо к отдельным элементарным частицам, либо к тем же фотонам или электронам, но только с высокой энергией.
Для того чтобы почувствовать масштаб ядерных времен, начнем с самой простой оценки. Размер атомных ядер — несколько фемтометров (1 фм = 10−15м). Ядра состоят из протонов и нейтронов. Как всякая микроскопическая система, ядро подчиняется квантовым законам, так что протоны и нейтроны в нём не просто сидят, а движутся туда-сюда. Типичная скорость их движения внутри ядра — одна десятая от скорости света. Взяв для примера среднее ядро размером 3 фм, мы получим оценку для типичного ядерного времени:
| tяд. ~ | 3·10−15 м | ~ 0,1 зс. |
| 3·107 м/c |
| Десятые доли зептосекунды — это естественная «тактовая частота» жизни атомных ядер. |
Уже отсюда ясно, что любой сложный ядерный процесс, например ядерный распад или ядерная реакция, потребует несколько «тактов» этой ядерной жизни. А значит, длиться такой процесс будет как минимум зептосекунды. Он, конечно, можно длиться и дольше — бывает, что намного дольше. Но существенно быстрее десятых долей зептосекунды ядерные процессы не протекают.
Вот для иллюстрации один пример – ядерные реакции, идущие через составное ядро. Два легких ядра столкнулись и образовали «горячее» тяжелое ядро, т. е. ядро с избытком энергии. Это ядро нестабильно, оно готово распасться, «выстрелив» прочь одну или несколько частиц. Но только есть маленькая загвоздка: вылетающей частице надо передать существенную энергию. Поэтому ядро распадается не сразу, а как бы ждет, пока случайно нужная энергия не сконцентрируется в каком-то отдельном протоне или нейтроне. Из-за этого длительного ожидания время жизни составного ядра может достигать десятков или сотен зептосекунд, а иногда и больше. Подробнее про сложную жизнь горячих ядер читайте в популярной статье В. А. Карнаухова Горячие ядра и фазовый переход жидкость-газ в ядерном веществе. А что касается экспериментальных методов измерения столь коротких времен, то про один из них, так называемый эффект теней, рассказывается в нашей новости У изотопов 120-го и 124-го химических элементов обнаружена склонность к долгожительству.
Энергия, время и соотношение неопределенностей Электроны на службе аттофизики