Nükleer fizikçiler, şimdiye kadarki en nötron açısından zengin sodyum formunu yaptılar; çekirdeklerin karmaşık dünyası hakkında daha fazla bilgi edinmenize yardımcı olacaktır.
RIKEN’deki fizikçiler, daha önce imkansız olduğuna inanılan, olağanüstü derecede nötron açısından zengin bir sodyum izotopu 39Na yarattılar. Bu atılımın, atom çekirdeği yapısını ve Dünya’nın daha ağır elementlerinin oluşumunu anlamak için önemli etkileri var.
Sodyum elementinin son derece nötron açısından zengin formu -birçok atom çekirdeği modelinin var olmaması gerektiğini tahmin ettiği- yaratılmıştır. ilk kez RIKEN’deki nükleer fizikçiler tarafından[1].
Sodyumun bu süper ağır versiyonundan ve tuzun diğer bileşeni olan klorun nötron açısından en zengin izotopundan sofra tuzu yaptıysanız, tadı ve nükleer fizikçi Toshiyuki Kubo, kabaca 1,6 kat daha ağır olması dışında normal tuz gibi davrandığını söylüyor.
Ancak bu bulgu, bilimsel bir merak olmanın ötesinde, atom çekirdeğinin yapısıyla ilgili teoriler için önemli çıkarımlara sahip. Bu bilgi, karşılığında, Dünya’nın daha ağır elementlerini oluşturan astrofiziksel süreçler hakkındaki anlayışımıza bilgi sağlar.
Nükleer teori açısından, bulgu, nötron açısından zengin çekirdek modellerini değiştirmek ve bunların doğruluğunu değerlendirmek için hayati bir referans noktası sağlar. Kubo’yu açıklıyor. Nötron açısından zengin çekirdeklerin teorik çalışmaları son derece karmaşık hesaplamalar içerir ve teorik fizikçiler şimdiye kadar yalnızca birkaç nötron içeren daha kararlı çekirdekleri kesin olarak modelleyebilmişlerdir. Bu bulgu, daha fazla nötrona sahip çekirdekler için yapılan hesaplamaları iyileştirmeye yardımcı olabilir.
Bu da, daha ağır elementlerin kökenlerini anlamamız için anlamlar içerir. Örneğin, Dünya’nın ağır metallerini oluşturan nükleer astrofiziksel süreçlerin, iki nötron yıldızının birleşmesi veya nötron yıldızları ile karadeliklerin çarpışması sonucu ortaya çıkan büyük miktardaki enerjinin sonucu olduğu düşünülüyor. Açığa çıkan gaz ve toz, sonunda Dünya gibi gezegenlerin nadir malzemelerine katkıda bulunur. Bununla birlikte, ağır metalleri üreten kesin süreçler uzun süredir tartışılmaktadır.
Nötronları sodyuma paketleme
Bilinen 118 elementin her birinin sabit sayıda protonu vardır (sodyum için 11), ancak nötron sayısı Kubo, çekirdeğinde değişiklik gösterebileceğini belirtiyor. Sodyumun tek kararlı formu 12 nötron içerirken, yeni keşfedilen 28’de iki katından fazlasına sahiptir, bu da sodyumun nötron açısından en zengin izotopu olan 37Na için önceki kayıt sahibinden iki nötron daha fazladır. 20 yıl önce.
Nötronlar elektriksel olarak nötr olduklarından, bir atomun elektronlarını etkilemezler ve dolayısıyla elementin kimyası üzerinde hiçbir etkileri yoktur. Bu nedenle, izotop olarak bilinen farklı sayıda nötron içeren aynı elementin atomları kimyasal olarak ayırt edilemez.
Sodyumun yeni formunu arama dürtüsü (çekirdeğinde 39 nötron ve proton bulunduğu için 39Na olarak adlandırılır) RIKEN Nishina Hızlandırıcı Tabanlı Bilim Merkezi’nde Kubo liderliğindeki bir ekibin 39Na’nın bir çekirdeği gibi görünen şeye rastladığı önceki bir deneyden geldi. Kubo, “Bu olaya çok şaşırdık” diye hatırlıyor. “Ve böylece, mevcut deneyimizde 39Na aramasını tekrar gözden geçirmeye karar verdik.”
Son deneyde, iki günlük bir sürede izotopun dokuz çekirdeğini oluşturarak 39Na’nın varlığını şüpheye yer bırakmayacak şekilde ortaya koydular. şu anda dünyada bu tür çekirdekleri üretebilen yaklaşık üç nükleer tesisten biri olan RIKEN’in Radyoaktif İzotop Işın Fabrikasında çalıştırılıyor.
İzotop avcısı
Kubo’nun ilk kez yardım etmesinden çok daha fazlası kırk yıllık kariyeri boyunca yeni bir izotop yaratmak. “Aslında yaklaşık 200 yeni izotopun keşfine katıldım” diyor. “Daha önce kimsenin görmediği şeyleri yaratmaktan ve gözlemlemekten gerçekten zevk alıyorum.”
Ancak 39Na’nın keşfi onun için özel bir öneme sahip, çünkü pek çok nükleer model bunun olmaması gerektiğini öngörüyor. Kubo, “Keşif, nükleer kararlılığın sınırını ele alan nükleer kütle modelleri ve nükleer teoriler üzerinde önemli bir etki yaratıyor çünkü bunların doğrulanması için önemli bir ölçüt sağlıyor” diye açıklıyor Kubo. Örneğin Kubo, 2020’de bir Japon ekibi tarafından geliştirilen bir modelin 39Na’nın varlığını doğru bir şekilde tahmin ettiğini ve diğer izotoplar için tahminlerinin hedefte olduğunu[2] ve güvenilirliğini artırdığını belirtiyor.
Damlama hattını izleme
Keşfin önemli olmasının bir nedeni, 39Na’nın üretilebilecek nötron açısından en zengin sodyum versiyonu olabilmesidir. Nükleer fizikçiler, bir elementin nötron sızdırmaya başlamadan önce sahip olabileceği maksimum nötron sayısını belirlemekle özellikle ilgileniyorlar – bir çekirdek tablosu üzerinde çizildiğinde nötron damlama çizgisi olarak bilinen bir miktar. Bu sınırın yeri, yalnızca nükleer teoriler için değil, aynı zamanda nükleosentez teorilerinde kilit rol oynayan nükleer kütle modelleri için de önemli bir ölçüt sağlar.
Fakat bir element için damlama hattını tespit etmek son derece zordur— nükleer fizikçiler şimdiye kadar onu yalnızca periyodik tablonun onuncu elementi olan neon’a kadar belirlemeyi başardılar, bu da gidecekleri 108 element daha olduğu anlamına gelir.
Damlama borusunu ölçmenin zor olmasının bir nedeni de şudur: Kararlılık sınırlarına yakın duran çekirdeklerin yaratılmasıyla ilgili küçük olasılıklar nedeniyle. Diğer bir zorluk da, daha da fazla nötrona sahip başka çekirdeklerin varlığını dışlamanın son derece zor olmasıdır. Kubo, 41Na yapmanın mümkün olabileceğini ve bu durumda bunun sodyum için damlama borusu haline geleceğini söylüyor, ancak 2020 Japon modelinin damlama hattının 39Na olduğunu tahmin ettiğini belirtiyor.
Sonraki Kubo ve ekibi, sodyumdan bir element olan magnezyum için damlama hattını deneysel olarak belirlemeye çalışmak. Ayrıca 39Na’nın yapısını da araştırmak istiyorlar. Kubo, “39Na’nın var olmasına izin veren nükleer yapıyı doğrudan incelemek istiyoruz” diye açıklıyor.
Referanslar:
DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.212502
DOI: 10.1038/s41586-020-2848-x