Upptäckter om supertunga element: nya insikter i stabilitetsöns mysterium avslöjas genom rutherfordium-252

StockholmEtt forskarteam från GSI/FAIR, Johannes Gutenberg-universitetet i Mainz och Helmholtz-institutet i Mainz har gjort avgörande framsteg i förståelsen av supertunga grundämnen. De har mätt den kortast levande supertunga kärnan, rutherfordium-252, och avslöjat detaljer om den svårfångade stabilitetsön. Detta arbete publicerades i tidskriften Physical Review Letters och uppmärksammades som ett "Editor's suggestion." Huvudslutsatsen är att vissa kombinationer av protoner och neutroner, kända som "magiska tal," kan ge extra stabilitet åt vissa supertunga grundämnen, vilket potentiellt kan ge dem längre livslängd.

Sammanfattning av deras upptäckter:

• Rutherfordium-252 har nu den kortaste kända livslängden av supertunga kärnor med en halveringstid på 60 nanosekunder.
• Experimenten antyder möjliga vägar till ännu kortvarigare kärnor genom långlivade exciterade tillstånd, kallade isomerer.
• Dessa upptäckter bidrar till kartläggningen av "kustlinjen" till stabilitetsön.

Forskarna använde en stråle av titan-50 från GSI/FAIR:s UNILAC-accelerator för att bombardera blykärnor. Denna process resulterade i att fusionsprodukter bildades, vilka sedan separerades med hjälp av den Transaktinidseparatorn och kemiska apparaten. Produkterna upptäcktes med en kisel-detektor, vilket fångade deras kortvariga existens och sönderfall. Totalt observerades 27 atomer av rutherfordium-252 som sönderföll genom fission med en halveringstid på 13 mikrosekunder.

Dr. Khuyagbaatar Jadambaa, en av författarna från GSI/FAIR:s forskningsavdelning för kemi av supertunga grundämnen, förklarade att isomerer kan ha längre livslängd, vilket ger oss en inblick i dessa kortlivade element. Teamets nästa steg är att studera seaborgium (grundämne 106) för att utforska detta vidare.

Dessa upptäckter ger nya insikter om stabiliteten hos supertunga grundämnen och sätter en ny standard för hur korta dessa livstider kan vara. Detta banar väg för framtida forskning vid den internationella anläggningen FAIR, som för närvarande byggs i Darmstadt.

Stabil ön

Ön av stabilitet är ett spännande begrepp inom området för supertunga grundämnen. Det antyder att det kan finnas kombinationer av protoner och neutroner som bildar mycket stabila atomkärnor, trots den vanliga instabiliteten i tyngre grundämnen. Den senaste studien av rutherfordium-252-kärnan har förfinat vår förståelse av detta. Forskarnas resultat bidrar avsevärt till att utforska gränserna för denna stabilitetsö.

Centrala inslag i denna forskning omfattar:

• Magiska tal: Dessa är speciella kombinationer av protoner och neutroner som ger ökad stabilitet åt atomkärnor.
• Kortvarigaste kärnan: Rutherfordium-252 är den kortvarigaste av de supertunga kärnor som upptäckts hittills.
• Exciterade tillstånd och isomerer: Dessa fenomen öppnar nya möjligheter att studera instabila grundämnen.

Upptäckterna visar att kvanteffekter och exciterade tillstånd, så kallade isomerer, kan förlänga livslängden hos dessa kärnor. Detta ger forskare möjlighet att studera supertunga grundämnen som annars skulle sönderfalla för snabbt för att kunna undersökas.

Upptäckten av kortlivade supertunga grundämnen utmanar befintliga teorier och uppmuntrar forskare att undersöka hur exciterade tillstånd kan ge stabilitet. Traditionellt har stabila grundämnen uppnåtts med kombinationer nära magiska tal. Denna studie antyder dock att utforskningen av isomeriska tillstånd kan leda till nya upptäckter.

Resultaten banar också väg för framtida experiment. Nästa steg kan inkludera att undersöka element som seaborgium (element 106) för att få en djupare förståelse. Den pågående byggnationen av FAIR-anläggningen i Darmstadt är avgörande för dessa insatser. Denna anläggning kommer att stärka strävan att kartlägga gränserna för ön av supertunga element.

Dessa framsteg visar på utvecklingen inom kärnfysikens område. De betonar vikten av innovativ forskning för att utforska atomvärldens djupa komplexiteter. Den nyvunna förståelsen av stabilitetsön kommer att vägleda framtida insatser. Den kommer att göra det möjligt för det vetenskapliga samfundet att avslöja mysterierna hos supertunga grundämnen.

Framtida forskningsinriktningar

Den senaste forskningen öppnar spännande möjligheter för framtida studier inom området supertunga grundämnen. Upptäckten av den kortlivade supertunga kärnan Rf-252 utmanar gränserna och sätter nya standarder, vilket inspirerar forskare att utforska dessa flyktiga jättar ytterligare. Framtida forskning kan fokusera på flera viktiga områden:

• Utforskning av isomeriska tillstånd: Undersök långlivade exciterade tillstånd i andra supertunga grundämnen för att förstå deras stabilitetskarakteristika.
• Kartläggning av isotopiska gränser: Fastställ hur isotopvariationer påverkar stabiliteten, särskilt i ämnen tyngre än rutherfordium.
• Syntes av nya grundämnen: Experimentera med att skapa isotoper av seaborgium och undersök livstider kortare än en mikrosekund.

Dessa riktlinjer har stora konsekvenser. Genom att studera isomera tillstånd kan forskare kanske upptäcka mekanismer som gör att vissa atomkärnor förblir stabila trots ett högt antal protoner och neutroner. Detta kan ge insikter i de så kallade "stabilitetsöarna" och hur de bidrar till att vissa atomkonfigurationer motstår snabb sönderfall.

Att kartlägga isotopiska gränser är avgörande för att förstå dessa gränslinjer. Det kommer att hjälpa forskare att fastställa hur långt de kan gå i skapandet av nya stabila grundämnen. Detta skulle kunna leda till genombrott inom materialvetenskap och kanske till och med avslöja nya element med unika egenskaper.

Att syntetisera isotoper av seaborgium med mycket korta livstider kan ge insikt i hur supertunga kärnor beter sig. Denna kunskap kan hjälpa forskare att förbättra metoderna i framtida experiment vid anläggningar som FAIR.

Den pågående byggnationen av FAIR-anläggningen kommer att erbjuda de nödvändiga verktygen och teknologin för framtida forskningar. Dessa projekt kan förändra vår förståelse av kärnfysik och de krafter som håller universums byggstenar samman. Genom att utforska djupare in i stabilitetsön kan forskare avslöja hemligheter som har undgått dem i årtionden, och skapa nya områden att utforska i den atomära världen.