Nowy superciężki izotop ujawnia złożony związek między efektami kwantowymi a rozszczepieniem.

30 czerwca 2025 roku funkcja

autor: Tejasri Gururaj, Phys.org

autor współpracujący

redagowane przez Sadie Harley, recenzowane przez Roberta Egana

redaktor naukowy

redaktor wspomagający

Ten artykuł został zweryfikowany zgodnie z procesem redakcyjnym Science X i zasadami. Redaktorzy wyróżnili następujące cechy, dbając o wiarygodność treści:

sprawdzone fakty

publikacja recenzowana przez rówieśników

źródło zaufane

zcenzurowane

W badaniu opublikowanym w "Physical Review Letters", naukowcy z GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung odkryli nowy superciężki izotop, 257Sg (seaborgium), którego właściwości dostarczają nowych spostrzeżeń na temat stabilności jądrowej i rozszczepienia w najcięższych pierwiastkach.

Superciężkie pierwiastki istnieją w delikatnej równowadze między siłą jądrową przyciągającą protony i neutrony oraz siłą elektromagnetyczną odpychającą dodatnio naładowane protony.

Bez efektów kwantowych powłok, analogicznych do powłok elektronowych w atomach, te masywne jądra rozpadłyby się w czasie krótszym niż bilionowa sekunda.

Strona Phys.org rozmawiała z autorami dr. Pavolem Mosatem i dr. J. Khuyagbaatarem z GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung w Niemczech na temat ich pracy.

Badanie ujawnia naszą niepełną znajomość zachowań najbardziej ekstremalnych jąder atomowych, a wyniki sugerują, że efekty kwantowe, które zapobiegają natychmiastowemu rozpadaniu się superciężkich jąder, mogą działać inaczej niż dotąd sądzono.

Międzynarodowy zespół badawczy użył separacji zwrotnej gazem wypełnioną separatory retrowstrzałową TASCA w GSI do stworzenia 257Sg poprzez reakcje sylwetki między jądrami chromu-52 i ołowiu-206.

Stwierdzili, że nowy izotop żyje przez 12,6 milisekundy, dłużej niż nawet-even sąsiednie 258Sg, i ulega rozpadowi zarówno poprzez spontaniczne rozszczepienie, jak i emisję cząstki alfa.

Trasa rozpadu alfa okazała się szczególnie pouczająca. Kiedy 257Sg emituje cząstkę alfa, przekształca się w 253Rf (rutherfordium), które następnie ulega rozszczepieniu zaledwie po 11 mikrosekundach.

Obserwacja ta potwierdza ostatnie ustalenia, które podważyły tradycyjne rozumienie, w jaki sposób moment pędu wpływa na rozszczepienie. Podczas gdy oczekiwano, że wyższe liczby kwantowe K zapewnią silniejsze utrudnienie rozszczepienia, pojawiające się dane sugerują, że ten związek może być bardziej złożony niż dotąd sądzono.

'Badaliśmy izotopy 257Sg i 253Rf i stwierdziliśmy, że ogólnie rzecz biorąc, liczby kwantowe K rzeczywiście utrudniają rozszczepienie,' powiedział Mosat. 'Jednakże nadal nieznany jest bezwzględny wartość przeszkód.'

Może nawet istotniejsze było odkrycie przez zespół pierwszego stanu K-izomerycznego w izotopie seaborgium. Stanom K-izomerycznym są specjalne konfiguracje jądrowe z wysokim momentem pędu, które skuteczniej opierają się rozszczepieniu niż zwykłe stany jądrowe.

W 259Sg badacze wykryli sygnał konwersji elektronowej pojawiający się 40 mikrosekund po utworzeniu jądra, co stanowi silny dowód na stan K-izomeryczny, który może być stabilny wobec rozszczepienia o rząd wielkości dłużej niż stan podstawowy.

'Stany K-izomeryczne zostały już zaobserwowane w superciężkich jądrowych, takich jak 252–257Rf, i 270Ds,' zauważył Khuyagbaatar. 'Obserwowaliśmy K-izomer ekskluzywnie w jądrach o 106 protonach, czyli w izotopach Sg po raz pierwszy.'

To odkrycie wypełnia istotną lukę w zrozumieniu superciężkich pierwiastków przez naukowców i może mieć głębokie implikacje dla przyszłych wysiłków w zakresie odkrywania pierwiastków.

Odkrycie to następuje w krytycznym momencie w badaniach nad superciężkimi pierwiastkami.

Naukowcy od dawna poszukują teoretycznej "wyspy stabilności", obszaru, w którym pewne superciężkie jądra mogłyby istnieć przez długi czas dzięki korzystnym efektom powłokowym. Jednak nowe ustalenia sugerują, że ten krajobraz może być bardziej złożony niż przewidywano.

'Może się zdarzyć, że superciężkie jądro, na przykład izotop nie-o...Osiągnięcie eksperymentalne wymagało pokonania znacznych wyzwań technicznych. Praca z jądrami, które istnieją tylko przez ułamki milisekundy, wymagała niezwykle szybkich systemów detekcji i precyzyjnego odmierzania czasu. "W przypadku jąder o krótkim czasie życia bardzo ważne jest posiadanie stosunkowo krótkiego separatora oraz, co ważniejsze, posiadanie szybkiej elektroniki cyfrowej, która potrafi rozplątać sygnały rozpadu radioaktywnego do około 100 ns," wyjaśnił Khuyagbaatar. Zespół opracował specjalistyczną elektronikę cyfrową w GSI, która okazała się kluczowa dla odkryć wielu superciężkich pierwiastków. Następnym celem zespołu jest zsyntetyzowanie 256Sg, aby sprawdzić, czy przewidziane dramatyczne zmniejszenie stabilności faktycznie występuje. "Faktycznie, będziemy próbować badać dalsze przypadki długotrwałych stanów K-izomerycznych w superciężkich jądrach," powiedział Mosat. "Jeśli chodzi o obecny temat, naszym najbliższym planem będzie próba zsyntetyzowania następnego nieznanego 256Sg." Napisane dla Ciebie przez naszą autorkę Tejasri Gururaj, skorygowane przez Sadie Harley i zweryfikowane przez Roberta Egana - ten artykuł jest wynikiem starannej pracy ludzkiej. Polegamy na czytelnikach takich jak Ty, aby utrzymać niezależną dziennikarstwo naukowe przy życiu. Jeśli ta relacja ma dla Ciebie znaczenie, rozważ wsparcie dobrowolne (szczególnie regularne). Dziękujemy Tobie za konto bez reklam jako podziękowanie. Więcej informacji: P. Mosat et al, Badanie Efektów Powłok na Rozszczepianie: Nowe Superciężkie Jądro 257Sg, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/s7hr-y7zq Informacje o czasopiśmie: Physical Review Letters © 2025 Science X Network