Fizikçiler ağır nadir toprak elementlerinin tamamen yeni izotoplarını keşfediyor: ScienceAlert

Ağır elementlerin parçalanmasını içeren çığır açıcı bir deneyde, atom çekirdeğini oluşturan parçacıkların daha önce hiç görülmemiş oranları ortaya çıktı.

Michigan Eyalet Üniversitesi'nden Oleg Tarasov liderliğindeki fizikçiler, platin çekirdeklerini parçalayarak nadir toprak elementlerinin yeni izotoplarını keşfettiler: tulyum, iterbiyum ve lutesyum. Bilim insanları bu başarının, nötron açısından zengin çekirdeklerin özelliklerini ve nötron yıldızı çarpışmalarında yeni elementler oluşturan süreçleri anlamalarına yardımcı olacağına inanıyor.

Araştırmacılar, bu çalışmanın aynı zamanda Michigan Eyalet Üniversitesi'nin yakın zamanda tamamlanan ve ilk deneyini Haziran 2022'de gerçekleştiren Nadir İzotop Işın Tesisi'nin (FRIB) gücünü de gösterdiğini söylüyor.

Bir öğenin tüm biçimleri aynı şekilde oluşturulmamıştır. Her atom çekirdeği, nükleonlar (protonlar ve nötronlar) olarak bilinen bir dizi atom altı parçacıktan oluşur. Proton sayısı elementin tüm formlarında sabittir ve elemente atom numarasını verir.

Ancak nötron sayısı değişebilir. Bu farklılıklar, elementin izotopları olarak bilinen şeyleri tanımlar.

Tüm elementlerin farklı stabilite seviyelerinde oluşan bir dizi izotopu vardır. Bazıları olağanüstü derecede hızlı bozunuyor ve iyonlaştırıcı radyasyon patlamasıyla daha hafif elementlere ayrılıyor. Bazıları mükemmel bir istikrarla ortalıkta dolaşıyor. Farklı izotopları ve bunların nasıl davrandığını anlamak, bilim adamlarının evrenin elementleri nasıl oluşturduğunu anlamalarına ve bunların uzay ve zaman içindeki bolluğunu tahmin etmelerine yardımcı olur.

Yeni izotoplarını oluşturmak için Tarasov ve meslektaşları, 120 nötron içeren bir platin izotopu ile işe başladılar. ¹⁹⁸Bir nokta. Standart platin var 117 nötron; Daha ağır bir izotop kullanmak çekirdeğin bölünme şeklini değiştirebilir.

Bu atomları, atom çekirdeğini parçalamak için ağır iyon hızlandırıcı kullanan FRIB'e koyuyorlar. Nadir izotoplardan oluşan ışınlar, ışık hızının yarısından daha yüksek hızlarda bir hedefe ateşlenir. Hedefe çarptıklarında bu izotoplar, çekirdeğin daha hafif izotoplarına parçalanır; Fizikçiler daha sonra bu izotopları keşfedip inceleyebilirler.

Perakendede ¹⁹⁸PT, Tarasov ekibini keşfetti ¹⁸²Bitti ve ¹⁸³Tm, sırasıyla 113 ve 114 nötronlu; Standart tülyum vardır 69 nötron. Buldukları gibi ¹⁸⁶Ib ve ¹⁸⁷Yb, sırasıyla 116 ve 117 nötronlu; Standart bir iterbiyuma sahiptir 103 nötron. Sonunda buldular ¹⁹⁰119 nötronlu Lu; Standart lutesyum 104 nötron.

Bu izotopların her biri, hızlandırıcının birden fazla çalışmasında görüldü. Araştırmacılar bu, FRIB'in şimdiye kadar büyük ölçüde ihmal edilen sistemlerdeki nötron açısından zengin ağır element izotoplarının sentezini incelemek için kullanılabileceği anlamına geliyor – ilgi eksikliği nedeniyle değil, oluşturma ve tespit etme potansiyeli nedeniyle. onlara.

Bu da şiddetli kozmik olayların evrendeki en ağır elementleri nasıl oluşturduğunu anlamamıza yardımcı olabilir. Evrende demirden daha ağır olan herhangi bir şey, yalnızca süpernovalarda ve nötron yıldızları arasındaki çarpışmalarda görülen aşırı koşullar altında ortaya çıkabilir.

Nötron yıldızı çarpışmalarında görülen nükleosentez süreçlerinden biri hızlı nötron yakalamadır veya süreç p. Bu, atom çekirdeklerinin kilonova patlaması sırasında serbest kalan nötronlarla hızlı bir şekilde çarpışarak daha ağır bir elemente dönüşmeye başlamasıyla gerçekleşir. Altın, stronsiyum, platin ve diğer ağır metalleri bu şekilde elde ediyoruz.

Ekibin deneyinin r sürecini yeniden üretmeye çok yaklaştığını söylüyorlar. Bu, yakında evrenin sunabileceği en şiddetli olayların bazılarında görülen nükleosentez yollarından birini kopyalayabilecek bir araca sahip olabileceğimiz anlamına geliyor.

Araştırmacılar, “FRIB'in, daha önce Ulusal Süper İletken Siklotron Laboratuvarı'nda mevcut olanların ötesinde enerjilerdeki son derece yoğun birincil ışınlar dahil olmak üzere benzersiz yetenekleri, onu nötron sayısı N = 126 ve ötesindeki bölgeyi keşfetmek için ideal bir tesis haline getiriyor” dedi. O yazıyor.

“FRIB araştırmacıları, yeni izotopların özelliklerini üretmek, tanımlamak ve incelemek için bu etkileşimlerden yararlanabilir; nükleer fizik, astrofizik ve maddenin temel özelliklerine ilişkin anlayışımıza katkıda bulunabilir.”

Araştırma şu tarihte yayınlandı: Fiziksel inceleme mektupları.