Phoebe Newman W przełomowym eksperymencie obejmującym fragmentację ciężkich pierwiastków wyłoniły się nigdy wcześniej nie widziane proporcje cząstek tworzących jądra atomowe.
Rozbijając jądra platyny, fizycy pod kierunkiem Olega Tarasowa z Michigan State University odkryli nowe izotopy pierwiastków ziem rzadkich: tul, iterb i lutet. Naukowcy uważają, że to osiągnięcie pomoże im zrozumieć właściwości jąder bogatych w neutrony oraz procesy tworzące nowe pierwiastki w zderzeniach gwiazd neutronowych.
Praca ta pokazuje również możliwości niedawno ukończonego na Uniwersytecie Stanowym Michigan obiektu Rare Isotope Beam Facility (FRIB), w którym swój pierwszy eksperyment przeprowadzono w czerwcu 2022 r., twierdzą naukowcy.
Nie wszystkie formy elementu są zbudowane podobnie. Każde jądro atomowe składa się z szeregu cząstek subatomowych zwanych nukleonami – protonami i neutronami. Liczba protonów jest stała we wszystkich postaciach pierwiastka i nadaje pierwiastkowi jego liczbę atomową.
Jednak liczba neutronów może się różnić. Różnice te definiują tak zwane izotopy pierwiastka.
Wszystkie pierwiastki mają wiele izotopów, które tworzą się o różnym poziomie stabilności. Niektóre z nich rozkładają się niezwykle szybko, rozkładając się na lżejsze pierwiastki w podmuchu promieniowania jonizującego. Niektórzy utrzymują się w doskonałej stabilności. Zrozumienie różnych izotopów i ich zachowania pomaga naukowcom zrozumieć, w jaki sposób Wszechświat wytwarza pierwiastki, a także oszacować ich liczebność w przestrzeni i czasie.
Aby stworzyć nowe izotopy, Tarasow i jego współpracownicy zaczęli od izotopu platyny zawierającego 120 neutronów, zwanego 198punkt. Standardowa platyna ma 117 neutronów; Użycie cięższego izotopu może zmienić sposób podziału jądra.
Umieszczają te atomy w FRIB, który wykorzystuje akcelerator ciężkich jonów do rozbijania jąder atomowych. Wiązki rzadkich izotopów są wystrzeliwane w cel z prędkością większą niż połowa prędkości światła. Kiedy trafią w cel, izotopy te rozpadają się na lżejsze izotopy jąder; Fizycy mogą następnie odkrywać i badać te izotopy.
W sprzedaży detalicznej 198PT, odkrył zespół Tarasowa 182Gotowe i 183Tm, odpowiednio 113 i 114 neutronów; Standardowy tul ma 69 neutronów. Jak znaleźli 186Ib i 187Yb, odpowiednio 116 i 117 neutronów; Zawiera standardowy iterb 103 neutrony. Wreszcie znaleźli 190Lu ze 119 neutronami; To standardowy lutet 104 neutrony.
Każdy z tych izotopów był obserwowany podczas wielu cykli akceleratora. Oznacza to, twierdzą naukowcy, że FRIB można wykorzystać do badania syntezy izotopów pierwiastków ciężkich bogatych w neutrony w układach, które do tej pory były w dużej mierze zaniedbywane – nie ze względu na brak zainteresowania, ale ze względu na potencjał tworzenia i wykrywania ich.
To z kolei może pomóc nam zrozumieć, w jaki sposób gwałtowne zdarzenia kosmiczne tworzą najcięższe pierwiastki we wszechświecie. Wszystko, co jest we wszechświecie cięższe od żelaza, może powstać jedynie w ekstremalnych warunkach, na przykład tych obserwowanych podczas supernowych i zderzeń gwiazd neutronowych.
Jednym z procesów nukleosyntezy obserwowanych podczas zderzeń gwiazd neutronowych jest szybkie wychwytywanie neutronów, czyli proces str. Dzieje się tak, gdy jądra atomowe szybko zderzają się ze swobodnie unoszącymi się neutronami uwolnionymi podczas eksplozji kilonowej, rozpoczynając ich przemianę w cięższy pierwiastek. W ten sposób pozyskujemy złoto, stront, platynę i inne metale ciężkie.
Mówią, że eksperyment zespołu jest bardzo bliski odtworzenia procesu r. Oznacza to, że wkrótce możemy mieć do dyspozycji narzędzie, które będzie w stanie odtworzyć jeden ze szlaków nukleosyntezy obserwowanych podczas niektórych z najbardziej gwałtownych wydarzeń, jakie ma do zaoferowania wszechświat.
„Unikalne możliwości FRIB, w tym bardzo intensywne wiązki pierwotne o energiach przekraczających te wcześniej dostępne w Narodowym Laboratorium Cyklotronów Nadprzewodnikowych, czynią z niego idealny obiekt do badania obszaru wokół liczby neutronów N = 126 i większej” – stwierdzili naukowcy. On pisze.
„Badacze FRIB mogą wykorzystać te interakcje do wytwarzania, identyfikowania i badania właściwości nowych izotopów, przyczyniając się do postępu w fizyce jądrowej, astrofizyki i zrozumienia podstawowych właściwości materii”.
Badanie opublikowano w Listy z przeglądu fizycznego.
