I en undersøgelse offentliggjort i Fysiske gennemgangsbreveForskere ved GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung har opdaget en ny superheavy isotop, 257SG (Seorgium), hvis egenskaber giver ny indsigt i nuklear stabilitet og fission i de tyngste elementer.
Superheavy elementer findes i en delikat balance mellem den attraktive atomkraft, der holder protoner og neutroner sammen og den frastødende elektromagnetiske kraft, der skubber positivt ladede protoner fra hinanden.
Uden kvanteskaleffekter, analoge med elektronskaller i atomer, ville disse massive kerner splittes fra hinanden på mindre end en billion af et sekund.
LektieForum talte med medforfattere Dr. Pavol Mosat og Dr. J. Khuyagbaatar fra GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Tyskland, om deres arbejde.
Undersøgelsen afslører vores ufuldstændige forståelse af, hvordan de mest ekstreme atomkerner opfører sig, med resultaterne, der antyder, at kvanteeffekterne, der forhindrer superheavy kerner fra øjeblikkeligt, opløses, kan fungere anderledes end tidligere antaget.
Undersøgelse af nuklear stabilitet
Det internationale forskerteam brugte GSIs gasfyldte rekylseparator Tasca til at skabe 257SG gennem fusionsreaktioner mellem chrom-52 og bly-206 kerner.
De fandt ud 258SG, og nedbrydes gennem både spontan fission og alfapartikelemission.
Alpha -henfaldsvejen viste sig at være særligt afslørende. Når 257SG udsender en alfa -partikel, den forvandles til 253RF (Rutherfordium), som derefter gennemgår fission efter kun 11 mikrosekunder.
Denne observation understøtter de nylige fund, der har stillet spørgsmålstegn ved den traditionelle forståelse af, hvordan vinkelmomentum påvirker fission. Mens højere K -kvantetal forventedes at give stærkere fissionshindring, antyder nye data, at dette forhold kan være mere kompliceret end tidligere antaget.
”Vi studerede 257Sg og 253RF-isotoper og fandt, at K-Quantum-numre generelt faktisk hindrer fission, “sagde Mosat.” Den absolutte værdi af hindringer er dog stadig ukendt. “
Første k-isomer i Seaborgium
Måske endnu mere markant var holdets opdagelse af den første K-isomere tilstand i en Seaborgium-isotop. K-isomerer er specielle nukleare konfigurationer med høj vinkelmoment, der modstår fission langt mere effektivt end almindelige nukleare tilstande.
I 259SG, forskerne detekterede et konverteringselektronsignal, der forekom 40 mikrosekunder efter nuklear dannelse, stærke bevis for en K-isomer tilstand, der kunne være stabil mod fissionen hundreder af gange længere end jordtilstanden.
“K isomere stater er allerede blevet observeret i superheavy kerner såsom 252–257Rf, og 270DS, “bemærkede Khuyagbaatar.” Vi observerede K-isomer udelukkende i kerner med 106 protoner, dvs. i SG-isotoper for første gang. “
Denne konstatering udfylder et afgørende kløft i forskernes forståelse af superheavy elementer og kunne have dybe konsekvenser for fremtidig opdagelsesindsats for element.
Implikationer for ‘øens stabilitet’
Opdagelsen kommer på et kritisk tidspunkt i Superheavy Element Research.
Forskere har længe søgt efter den teoretiske “ø med stabilitet”, en region, hvor visse superheavy kerner muligvis eksisterer i længere perioder på grund af gunstige skaleffekter. Imidlertid antyder de nye fund, at dette landskab kan være mere kompliceret end forventet.
“Det kan ske, at den superheavy kerne, for eksempel, en isotop af et endnu ikke-opdaget element, måske lever mindre end 1 μs (mikrosekund),” forklarede Khuyagbaatar.
“I bekræftende fald, vil opdagelsen af element 120 sandsynligvis stå over for adskillelses- og detektionsudfordringer. Men hvis der findes en k-isomer tilstand i denne kerne, kan den leve længere, som vi for nylig demonstrerede med 252Rf. “
Forskerne estimerer, at de stadig overvågede 256SG kunne have en dramatisk kortere halveringstid end teoretiske forudsigelser antyder, hvilket potentielt falder fra de forudsagte 6 mikrosekunder til kun et nanosekund.
En sådan betydelig afvigelse i stabilitet ville repræsentere en vigtig ny indsigt i nuklear fysik.
Tekniske udfordringer og fremtidig arbejde
Den eksperimentelle præstation krævede at overvinde betydelige tekniske udfordringer. Arbejde med kerner, der findes for blotte millisekunder, krævede ekstraordinært hurtige detektionssystemer og præcis timing.
“I tilfælde af kortvarige kerner er det meget vigtigt at have en relativt kort længde separator og mere afgørende at have hurtig digital elektronik, der kan adskille radioaktive forfaldssignaler ned til ca. 100 ns,” forklarede Khuyagbaatar.
Holdet udviklede specialiseret digital elektronik på GSI, der har vist sig at være afgørende for flere superheavy elementopdagelser.
Holdets næste mål er at syntetisere 256SG for at teste, om det forudsagte dramatiske fald i stabilitet faktisk forekommer.
“Faktisk vil vi forsøge at udforske yderligere tilfælde af langvarige K-isomere stater i superheavy kerner,” sagde Mosat. “Vedrørende det aktuelle emne vil vores nærmeste plan være at forsøge at syntetisere den næste ukendte 256Sg. “
Skrevet til dig af vores forfatter Tejasri Gururaj, redigeret af Sadie Harley, og faktakontrolleret og gennemgået af Robert Egan-denne artikel er resultatet af omhyggeligt menneskeligt arbejde. Vi er afhængige af, at læsere kan lide dig for at holde uafhængig videnskabsjournalistik i live. Hvis denne rapportering betyder noget for dig, skal du overveje en donation (især månedligt). Du får en Ad-fri Konto som en tak.