U novom znanstvenom eksperimentu, koji je uključivao fragmentaciju teških elemenata, otkriveni su dosad neviđeni omjeri čestica unutar atomskih jezgri. Fragmentacijom jezgara platine, tim fizičara pod vodstvom Olega Tarasova sa Sveučilišta države Michigan otkrio je nove izotope rijetkozemnih elemenata: tulij, iterbij i lutezij. Kako navodi Science Alert, ovo otkriće smatra se važnim korakom koji će znanstvenicima omogućiti bolje razumijevanje svojstava jezgara bogatih neutronima te procesa koji doprinose stvaranju novih elemenata u sudarima neutronskih zvijezda.
Istraživanje isto tako ističe kapacitete nedavno završenog Objekta za snopove rijetkih izotopa Sveučilišta države Michigan (FRIB), koji je svoj prvi eksperiment proveo u lipnju 2022. godine. Nije svaki oblik elementa sličan drugome. Svaka atomska jezgra sastoji se od određenog broja subatomskih čestica poznatih kao nukleoni – protoni i neutroni. Broj protona je konstantan za sve oblike jednog elementa i određuje njegov atomski broj. Broj neutrona, međutim, može varirati, a te varijacije određuju izotope elementa.
Svi elementi imaju niz izotopa koji se formiraju s različitim stupnjevima stabilnosti. Neki od njih se vrlo brzo raspadaju, pretvarajući se u lakše elemente uz emisiju ionizirajućeg zračenja, dok su neki izuzetno stabilni. Razumijevanje različitih izotopa i njihovog ponašanja pomaže znanstvenicima da razjasne kako Svemir stvara elemente i procjenjuje njihovu rasprostranjenost kroz prostor i vrijeme.
Izotopi platine
Za stvaranje novih izotopa, Tarasov i njegov tim krenuli su od izotopa platine s 120 neutrona, označenog kao 198Pt. Standardna platina ima 117 neutrona; upotreba težeg izotopa mijenja način na koji se jezgra raspada.
Ovi atomi postavljeni su unutar FRIB-a, koji koristi akcelerator teških iona za fragmentaciju atomske jezgre. Snopovi rijetkih izotopa ispaljuju se prema meti brzinama većim od polovice brzine svjetlosti. Kada pogode metu, ti izotopi se raspadaju na lakše izotope jezgara, što fizičarima omogućava detekciju i proučavanje.
U fragmentaciji 198Pt, Tarasovljev tim otkrio je izotope 182Tm i 183Tm, po 113 i 114 neutrona, dok standardni tulij sadrži 69 neutrona. Također su identificirali 186Yb i 187Yb, s 116 i 117 neutrona, dok standardni iterbij ima 103 neutrona. Konačno, otkriven je 190Lu, s 119 neutrona; standardni lutezij ima 104 neutrona. Otkriće ovih izotopa u višekratnim pokusima akceleratora ukazuje na to da FRIB može služiti za istraživanje sinteze neutronski bogatih izotopa teških elemenata u područjima koja su dosad bila relativno neistražena – ne zbog nedostatka interesa, već zbog ograničenja u stvaranju i detekciji takvih izotopa.
Ekstremni kozmički događaji
Ovo bi moglo doprinijeti boljem razumijevanju kako ekstremni kozmički događaji stvaraju najteže elemente u Svemiru. Sve što je teže od željeza može nastati samo u ekstremnim uvjetima, poput supernova ili sudara neutronskih zvijezda.
Jedan od procesa nukleosinteze, koji se odvija tijekom sudara neutronskih zvijezda, je brzi proces hvatanja neutrona, ili r-proces. To je proces tijekom kojeg atomske jezgre brzo apsorbiraju slobodne neutrone oslobođene tijekom eksplozije kilonove, započinjući svoju transformaciju u teži element. Na ovaj način nastaju zlato, stroncij, platina i drugi teški metali.
Eksperiment tima, kako kažu, vrlo je blizu reprodukciji r-procesa. To znači da bismo uskoro mogli imati alat koji može oponašati jedan od putova nukleosinteze viđenih u nekim od najekstremnijih događaja u Svemiru.
“Jedinstvene sposobnosti FRIB-a, uključujući izuzetno intenzivne primarne snopove na energijama koje nadmašuju one dostupne u Nacionalnom laboratoriju za superprovodne ciklotrone, čine ga idealnim objektom za istraživanje regije oko neutronskog broja N = 126 i dalje,” navode istraživači. “Istraživači u FRIB-u mogu koristiti ove reakcije za proizvodnju, identifikaciju i istraživanje svojstava novih izotopa, doprinoseći napretku u području nuklearne fizike, astrofizike i našem razumijevanju osnovnih svojstava materije.
