Розщеплюючи ядра платини, фізики під керівництвом Олега Тарасова з Мічиганського державного університету відкрили нові ізотопи рідкоземельних елементів тулію, ітербію та лютецію. Це досягнення, на думку вчених, допоможе їм зрозуміти властивості ядер, багатих на нейтрони, і процеси, які формують нові елементи при зіткненні нейтронних зірок. За словами дослідників, ця робота також демонструє потужність нещодавно завершеної установки для пучків рідкісних ізотопів (FRIB) Мічиганського державного університету, яка провела свій перший експеримент у червні 2022 року.
Не всі форми елементів побудовані однаково. Кожне атомне ядро складається з ряду субатомних частинок, відомих як нуклони – протонів і нейтронів. Кількість протонів однакова у всіх формах елемента і дає йому атомний номер. Кількість нейтронів, однак, може змінюватися. Ці варіації визначають так звані ізотопи елемента.
Усі елементи мають певну кількість ізотопів, які утворюються з різним рівнем стабільності. Деякі розпадаються надзвичайно швидко, розпадаючись на легші елементи під дією іонізуючого випромінювання. Деякі просто зависають в ідеальній стабільності. Розуміння різних ізотопів і того, як вони поводяться, допомагає вченим з’ясувати, як Всесвіт створює елементи, і оцінити їхню поширеність у просторі та часі.
Щоб створити нові ізотопи, Тарасов та його колеги почали з ізотопу платини з 120 нейтронами під назвою 198Pt. Стандартна платина має 117 нейтронів; використання важчого ізотопу може змінити спосіб фрагментації ядра. Вони помістили ці атоми у FRIB, який використовує прискорювач важких іонів для фрагментації атомних ядер. Пучки рідкісних ізотопів спрямовуються на мішень зі швидкістю, що перевищує половину швидкості світла. Влучаючи в мішень, ці ізотопи розпадаються на легші ізотопи ядер; фізики можуть потім виявити і вивчити ці ізотопи.
У фрагменті 198Pt команда Тарасова відкрила 182Tm і 183Tm з 113 і 114 нейтронами відповідно; стандартний тулій має 69 нейтронів. Вони також виявили 186Yb і 187Yb, з 116 і 117 нейтронами відповідно; стандартний ітербій має 103 нейтрони. Нарешті, вони знайшли 190Lu, що має 119 нейтронів; стандартний лютецій має 104 нейтрони.
Кожен з цих ізотопів спостерігався в декількох запусках прискорювача. Це означає, кажуть дослідники, що FRIB можна використовувати для вивчення синтезу багатих на нейтрони ізотопів важких елементів у режимах, які до цього часу були досить занедбані – не через брак інтересу, а через можливість їх створювати і виявляти.
Це, своєю чергою, може допомогти нам зрозуміти, як бурхливі космічні події створюють найважчі елементи у Всесвіті. Все, що важче за залізо у Всесвіті, може бути створене лише в екстремальних умовах, наприклад, при спалахах наднових і зіткненнях між нейтронними зірками.
Експеримент команди, за їхніми словами, впритул наблизився до відтворення r-процесу. Це означає, що дуже скоро ми можемо мати в своєму розпорядженні інструмент, який зможе відтворити один із шляхів нуклеосинтезу, що спостерігається в деяких з найсильніших подій, які може запропонувати Всесвіт.
Читайте також:
Leave a Reply