Badacze odkrywają najcięższy znany atom wapnia; znaleziono w sumie osiem nowych rzadkich izotopów

Anonim

Naukowcy z Michigan State University i RIKEN Nishina Center w Japonii odkryli osiem nowych rzadkich izotopów pierwiastków: fosforu, siarki, chloru, argonu, potasu, skandu i, co najważniejsze, wapnia.

Są to najcięższe izotopy tych pierwiastków, jakie kiedykolwiek znaleziono.

Izotopy to różne formy pierwiastków występujących w przyrodzie. Izotopy każdego pierwiastka zawierają tę samą liczbę protonów, ale różną liczbę neutronów. Im więcej neutronów jest dodawanych do elementu, tym jest "cięższy". Najcięższy izotop pierwiastka reprezentuje granicę liczby neutronów, które jądro może pomieścić. Również izotopy tego samego pierwiastka mają różne właściwości fizyczne. "Stabilne" izotopy żyją wiecznie, podczas gdy niektóre ciężkie izotopy mogą żyć tylko przez kilka sekund. Niektóre nawet cięższe mogą ledwie istnieć ułamków sekundy przed rozpadem.

Najciekawszymi krótkotrwałymi izotopami zsyntetyzowanymi podczas ostatniego eksperymentu w RIBF (RIBF) były wapń-59 i wapń-60, które są obecnie najbardziej obciążonymi neutronami izotopami wapnia znanymi nauce. Jądro wapnia-60 ma 20 protonów i dwa razy więcej neutronów. To o 12 więcej neutronów niż najcięższy ze stabilnych izotopów wapnia, wapń-48. Ten stabilny izotop rozpada się po życiu setkami kwintillionów lat lub 40 trylionów razy wiek wszechświata. Natomiast wapń-60 żyje przez kilka tysięcznych sekundy.

Oleg Tarasov, fizyk pracujący w National Superconducting Cyclotron Laboratory (NSCL) w MSU, jest rzecznikiem eksperymentu.

Tarasov wyjaśnił, że udowodnienie istnienia pewnego izotopu pierwiastka może przyczynić się do lepszego zrozumienia przez naukowców siły nuklearnej. Jest to długa misja w dziedzinie nauk jądrowych.

"W sercu atomu, protony i neutrony są utrzymywane razem przez siłę jądrową, tworząc jądro atomowe", powiedział Tarasow. "Naukowcy nadal badają, jakie kombinacje protonów i neutronów mogą istnieć w przyrodzie, nawet jeśli jest to tylko ułamek ułamków sekundy".

Alexandra Gade, profesor fizyki na stanowisku szefa MSU i NSCL, jest zainteresowana porównaniem nowych odkryć z modelami nuklearnymi. W pewnym sensie modele te malują obraz jądra w różnych rozdzielczościach.

"Niektóre z tych modeli, które opisują jądra w najwyższej skali rozdzielczości, przewidują, że 20 protonów i 40 neutronów nie będzie razem, tworząc Ca-60", powiedział Gade. "Odkrycie wapnia-60 zachęci teoretyków do zidentyfikowania brakujących składników w ich modelach."

Nie przewidywano, że dwa z innych nowych izotopów siarki i chloru, S-49 i Cl-52 będą występować w wielu modelach, które malują obraz jąder o niższej rozdzielczości. Ich składniki można teraz również udoskonalić.

Tworzenie i identyfikacja rzadkich izotopów jest wersją fizyki jądrowej potężnego problemu z igłą w stogu siana. Aby zsyntetyzować te nowe izotopy, naukowcy przyspieszyli intensywną wiązkę ciężkich cząstek cynku na blok berylowy. W powstałych szczątkach zderzenia, z niewielką szansą, powstaje rzadki izotop, taki jak wapń-60. Intensywna wiązka cynku, która umożliwiła odkrycie wapnia-59 i wapnia-60, została zapewniona przez RIBF, który jest obecnie domem dla najpotężniejszego obiektu akceleratora na świecie w tej dziedzinie. Izotopy wapniowe-57 i 58 odkryto w 2009 r. W NSCL.

W przyszłości Instrument Rzadkich Belek Izotopowych (FRIB) na Michigan State University pozwoli naukowcom na wytwarzanie wapnia-68 lub nawet wapnia-70, które mogą być najcięższymi izotopami wapnia.

menu
menu