Мюон — это как электрон, только в 200 раз тяжелее. Когда он останавливается в куске кремния, его затягивает в атомное ядро, как магнит затягивает гвоздь. Ядро получает лишнюю энергию и начинает «вскипать»: из него вылетают разные частицы — протоны, дейтроны, тритоны и альфа-частицы. Это похоже на кастрюлю с кипящей водой, из которой вырываются пузырьки пара, только вместо пара — ядерные осколки.
Учёные из коллаборации на установке RIKEN-RAL в Японии поставили опыт: они останавливали мюоны в кремниевой мишени и ловили вылетающие частицы специальными детекторами. Детекторы измеряли энергию частиц и определяли, что это за частица. Впервые удалось измерить спектр альфа-частиц в области низких энергий — раньше там был пробел.
Результаты сравнили с двумя теоретическими моделями. Одна модель (MEM) хорошо описывает спектры протонов, дейтронов и тритонов, но для альфа-частиц при высоких энергиях расходится с опытом. Другая модель (PHITS) неплохо описывает альфа-частицы при низких энергиях, но сильно занижает выход дейтронов и тритонов. Это значит, что в моделях нужно лучше учитывать, как частицы слипаются в кластеры при вылете из ядра.
Новые данные — как недостающие кусочки пазла. Они показывают, что разные частицы вылетают из ядра по-разному, и это нельзя описать одной простой формулой. Физикам придётся уточнить модели, чтобы они правильно предсказывали выход всех частиц. Это важно не только для фундаментальной науки, но и для приложений: например, при расчёте радиационной защиты или в медицинской физике.
Мюон живёт всего 2,2 микросекунды, но за это время успевает попасть в ядро и вызвать целый «фейерверк» частиц.