Nieuwe ontdekkingen op het eiland van stabiliteit: kortetermijninformatie over superzware elementen onthuld

AmsterdamEen onderzoeksteam van GSI/FAIR, Johannes Gutenberg Universiteit Mainz en het Helmholtz Instituut Mainz heeft belangrijke vooruitgang geboekt in het begrijpen van superzware elementen. Ze hebben de kortstlevende superzware kern, rutherfordium-252, gemeten en daarmee nieuwe inzichten verworven over het raadselachtige eiland van stabiliteit. Dit onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters en is als "Editor's suggestion" uitgelicht. Het belangrijkste inzicht is dat bepaalde combinaties van protonen en neutronen, ook wel "magische getallen" genoemd, extra stabiliteit geven aan bepaalde superzware elementen, wat mogelijk leidt tot een langere levensduur.

Rutherfordium-252 is nu het kortst levende bekende superzware kern met een halveringstijd van slechts 60 nanoseconden. De experimenten wijzen op mogelijke wegen naar nog korter levende kernen via langlevende aangeslagen toestanden, bekend als isomeren. Deze ontdekkingen dragen bij aan het in kaart brengen van de "kustlijn" van het eiland van stabiliteit.

Onderzoekers gebruikten een titanium-50 bundel van de UNILAC-versneller bij GSI/FAIR om loodkernen te bombarderen. Deze techniek leidde tot de vorming van fusieproducten, die vervolgens werden gescheiden met behulp van de TransActinide Separator en Chemistry Apparatus. Deze producten werden gedetecteerd door een siliciumdetector, die hun korte bestaan en verval vastlegde. In totaal werden 27 atomen van rutherfordium-252 waargenomen, die via splijting vervielen met een halfwaardetijd van 13 microseconden.

Dr. Khuyagbaatar Jadambaa, de eerste auteur van het onderzoeksafdeling voor superzware elementenchemie bij GSI/FAIR, verduidelijkte dat isomeren langere levensduren kunnen vertonen, wat inzicht geeft in deze kortlevende elementen. De volgende stap van het team is het bestuderen van seaborgium (element 106) om dit verder te onderzoeken.

Deze ontdekkingen bieden nieuwe inzichten in de stabiliteit van superzware elementen en vormen een nieuwe maatstaf voor hoe kort deze levensduren kunnen zijn. Dit opent de deur voor toekomstig onderzoek bij de internationale faciliteit FAIR, die momenteel in Darmstadt wordt gebouwd.

Eiland van stabiliteit

Het concept van een stabiliteitseiland is een fascinerend idee binnen de wereld van superzware elementen. Het suggereert dat er combinaties van protonen en neutronen kunnen bestaan die uiterst stabiele atoomkernen vormen, ondanks de gebrekkige stabiliteit die normaal bij zwaardere elementen wordt waargenomen. Een recente studie over de kern van rutherfordium-252 heeft geholpen ons begrip hiervan te verfijnen. De bevindingen van de onderzoekers dragen aanzienlijk bij aan de verkenning van de grenzen van dit eiland.

Titel: Verkenning van het stabiliteitseiland: nieuwe inzichten uit rutherfordium-252 onderzoek

Belangrijke aspecten van dit onderzoek zijn onder andere:

• Magische Getallen: Dit zijn unieke combinaties van protonen en neutronen die extra stabiliteit aan atoomkernen bieden.
• Kortstlevende Nucleus: Rutherfordium-252 is momenteel het kortstlevende superzware element dat is ontdekt.
• Geëxciteerde Toestanden en Isomeren: Deze verschijnselen bieden nieuwe mogelijkheden om instabiele elementen te onderzoeken.

De resultaten tonen aan dat kwantumeffecten en aangeslagen toestanden, bekend als isomeren, de levensduur van deze kernen kunnen verlengen. Hierdoor kunnen wetenschappers superzware elementen bestuderen die anders te snel zouden vervallen voor onderzoek.

Kortlevende superzware elementen ontdekken daagt bestaande theorieën uit. Dit stimuleert wetenschappers om te onderzoeken hoe aangeslagen toestanden stabiliteit kunnen bieden. Traditioneel worden stabiele elementen bereikt met combinaties dicht bij magische getallen. Dit onderzoek suggereert echter dat het verkennen van isomerische toestanden veelbelovend is voor nieuwe ontdekkingen.

De resultaten vormen de basis voor toekomstige experimenten. De volgende stappen kunnen het onderzoeken van elementen zoals seaborgium (element 106) omvatten voor verdere inzichten. De voortdurende bouw van de FAIR-faciliteit in Darmstadt speelt een cruciale rol in deze inspanningen. Deze faciliteit zal de zoektocht naar het in kaart brengen van de grenzen van het eiland van superzware elementen ondersteunen.

Vooruitgang in de kernfysica toont de betekenis van baanbrekend onderzoek bij het verkennen van de complexe wereld van atomen. Het nieuw verkregen inzicht in het 'eiland van stabiliteit' zal toekomstige inspanningen sturen en de wetenschappelijke gemeenschap in staat stellen de mysteries van superzware elementen te ontrafelen.

Toekomstige onderzoekrichtingen

Een recent onderzoek opent spannende mogelijkheden voor toekomstig onderzoek naar superzware elementen. De ontdekking van de kortstlevende superzware kern, Rf-252, verlegt grenzen en stelt nieuwe maatstaven, waardoor wetenschappers worden aangemoedigd om deze vluchtige reuzen verder te verkennen. Toekomstig onderzoek zou zich op verschillende belangrijke gebieden kunnen richten.

• Bestuderen van isomere toestanden: Onderzoek langdurige aangeslagen toestanden in andere superzware elementen om inzicht te krijgen in hun stabiliteitseigenschappen.
• In kaart brengen van isotopische grenzen: Bepaal hoe isotopische variaties de stabiliteit beïnvloeden, vooral bij elementen zwaarder dan rutherfordium.
• Synthese van nieuwe elementen: Experimenteer met het creëren van seaborgium-isotopen en onderzoek levensduren korter dan een microseconde.

Deze richtlijnen hebben verstrekkende gevolgen. Door het bestuderen van isomere toestanden kunnen onderzoekers mechanismen ontdekken die sommige kernen in staat stellen stabiel te blijven, ondanks hun hoge aantal protonen en neutronen. Dit zou inzicht kunnen geven in de zogeheten "eilanden van stabiliteit" en hoe ze bepaalde atomaire configuraties helpen om snelle afbraak te weerstaan.

Om isotopische grenzen in kaart te brengen, is inzicht in deze scheidslijnen van groot belang. Het helpt vast te stellen hoever wetenschappers kunnen gaan in het creëren van nieuwe, stabiele elementen. Dit kan leiden tot doorbraken in materiaalkunde en mogelijk tot de ontdekking van nieuwe elementen met unieke eigenschappen.

Bovendien kan het syntheseren van seaborgium-isotopen met extreem korte levensduren inzicht geven in het gedrag van superzware kernen. Deze bevindingen kunnen onderzoekers helpen om de technieken te verbeteren die worden toegepast in de volgende generatie experimenten bij faciliteiten zoals FAIR.

De voortdurende bouw van de FAIR-faciliteit belooft de benodigde instrumenten en technologieën te leveren voor toekomstige verkenningen. Deze inspanningen zouden ons begrip van kernfysica en de krachten die de bouwstenen van ons universum bijeenhouden kunnen veranderen. Door dieper in te gaan op het eiland van stabiliteit, kunnen wetenschappers geheimen ontsluieren die al decennialang onontdekt zijn gebleven, wat nieuwe gebieden biedt om te verkennen in het atomaire landschap.