Физики обнаружили совершенно новые изотопы тяжелых редкоземельных элементов
Никогда ранее не наблюдавшиеся соотношения частиц, составляющих атомные ядра, были обнаружены в знаковом эксперименте по фрагментации тяжелых элементов.
Разбивая ядра платины, физики под руководством Олега Тарасова из Мичигана В госуниверситете обнаружены новые изотопы редкоземельных элементов тулия, иттербия и лютеция. Это достижение, по мнению ученых, поможет им понять свойства ядер, богатых нейтронами, и процессы, которые создают новые элементы при столкновении нейтронных звезд.
Работа, по словам исследователей, также демонстрирует силу Недавно завершенная установка для пучков редких изотопов (FRIB) Мичиганского государственного университета, первый эксперимент которой был проведен в июне 2022 года.
Не все формы элемента устроены одинаково. Каждое атомное ядро состоит из ряда субатомных частиц, известных как нуклоны – протонов и нейтронов. Число протонов одинаково во всех формах элемента и определяет его атомный номер.
Однако количество нейтронов может варьироваться. Эти вариации определяют так называемые изотопы элемента.
Все элементы имеют ряд изотопов, которые образуются с разным уровнем стабильности. Некоторые распадаются чрезвычайно быстро, распадаясь на более легкие элементы под воздействием ионизирующего излучения. Некоторые просто тусуются в идеальной стабильности. Понимание различных изотопов и их поведения помогает ученым понять, как Вселенная создает элементы, и оценить распространенность этих элементов в пространстве и времени.
Чтобы создать свои новые изотопы, Тарасов и его коллеги начали с изотоп платины со 120 нейтронами, называемый 198Pt. Стандартная платина имеет 117 нейтронов; использование более тяжелого изотопа может изменить способ фрагментации ядра.
Они поместили эти атомы в FRIB, который использует ускоритель тяжелых ионов для фрагментации атомных ядер. Лучи редких изотопов обстреливают цель со скоростью, превышающей половину скорости света. Когда они достигают цели, эти изотопы распадаются на более легкие изотопы ядер; затем физики смогут обнаружить и изучить эти изотопы.
При фрагментации 198Pt команда Тарасова обнаружила 182Tm и 183Tm, со 113 и 114 нейтронами соответственно; стандартный тулий имеет 69 нейтронов. Они также обнаружили 186Yb и 187Yb со 116 и 117 нейтронами соответственно; стандартный иттербий имеет 103 нейтрона. Наконец, они нашли 190Lu со 119 нейтронами; стандартный лютеций имеет 104 нейтрона.
Каждый из этих изотопов был обнаружен при нескольких запусках ускорителя. Это означает, по словам исследователей, что FRIB можно использовать для изучения синтеза нейтронно-богатых изотопов тяжелых элементов в режимах, которыми до сих пор пренебрегали – не из-за отсутствия интереса, а из-за способности их создавать и обнаруживать. p>
Это, в свою очередь, может помочь нам понять, как жестокие космические события создают самые тяжелые элементы во Вселенной. Все, что тяжелее железа во Вселенной, может быть создано только в экстремальных условиях, например, в условиях сверхновых или столкновений нейтронных звезд.
Одним из процессов нуклеосинтеза, наблюдаемых при столкновениях нейтронных звезд, является быстрый захват нейтронов. процесс, или r-процесс. Это происходит, когда атомные ядра быстро поглощают свободно плавающие нейтроны, высвободившиеся во время взрыва килоновой, начиная их трансформацию в более тяжелый элемент. Так мы получаем золото, стронций, платину и другие тяжелые металлы.
Эксперимент команды, по их словам, очень близок к воспроизведению r-процесса. Это означает, что очень скоро в нашем распоряжении может оказаться инструмент, который сможет воспроизвести один из путей нуклеосинтеза, наблюдаемый в некоторых из самых жестоких событий, которые может предложить Вселенная.
«Уникальные возможности FRIB, в том числе очень интенсивные первичные пучки с энергиями, превышающими те, которые были доступны в Национальной сверхпроводниковой циклотронной лаборатории, делают ее идеальным объектом для исследования области вокруг числа нейтронов N = 126 и выше», — пишут исследователи.
«Исследователи из FRIB может использовать эти реакции для производства, идентификации и изучения свойств новых изотопов, способствуя достижениям в ядерной физике, астрофизике и нашему пониманию фундаментальных свойств материи».
Результат исследования опубликован. в Письмах с физическими отзывами.
