30 juni 2025
genom Tejasri Gururaj, Phys.org
medarbetande författare
redigerad av Sadie Harley, granskad av Robert Egan
vetenskaplig redaktör
medredaktör
Den här artikeln har granskats enligt Science X:s redaktionella process och policys. Redaktörerna har framhävt följande attribut medan de säkerställer innehållets trovärdighet:
faktagranskad
peer-reviewad publikation
pålitlig källa
korrekturläst
I en studie publicerad i Physical Review Letters har forskare vid GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung upptäckt ett nytt supertungt isotop, 257Sg (seaborgium), vars egenskaper ger nya insikter om kärnans stabilitet och fission i de tyngsta elementen.
Supertunga element existerar i en känslig balans mellan den attraktiva kärnkraften som håller protoner och neutroner samman och den repulsiva elektromagnetiska kraften som trycker bort positivt laddade protoner.
Utan kvantkaleskaleffekter, analogt med elektronskal i atomer, skulle dessa massiva kärnor splittras isär på mindre än en biljondel av en sekund.
Phys.org talade med medförfattarna Dr. Pavol Mosat och Dr. J. Khuyagbaatar från GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Tyskland, om deras arbete.
Studien avslöjar vår ofullständiga förståelse för hur de mest extrema atomkärnorna beter sig, med resultaten som antyder att de kvanteffekter som håller superaftiga kärnor från att omedelbart sönderfalla kan fungera annorlunda än tidigare antaget.
Det internationella forskningsteamet använde GSI:s gasfyllda rekylerseparator TASCA för att skapa 257Sg genom fusionsreaktioner mellan krom-52 och bly-206 kärnor.
De fann att det nya isotopen lever i 12,6 millisekunder, längre än dess jämna jämna grann 258Sg, och sönderfaller genom både spontan fission och alfa-partikelutsläpp.
Alfa-sönderfallsvägen visade sig särskilt avslöjande. När 257Sg utsänder en alfa-partikel omvandlas den till 253Rf (rutherfordium), som sedan genomgår fission efter bara 11 mikrosekunder.
Denna observation stöder nyligen forskning som har ifrågasatt den traditionella förståelsen av hur rörelsemängd påverkar fissionen. Medan högre K-kvanttal förväntades ge en starkare fissionshindran, tyder framväxande data på att detta förhållande kan vara mer komplext än tidigare antaget.
"Vi studerade 257Sg och 253Rf isotoper och fann att, generellt sett, K-kvanttal verkligen hämmar fission", sa Mosat. "Dock är det absoluta värdet av hindren fortfarande okänt."
Kanske ännu viktigare var teamets upptäckt av den första K-isomeriska tillståndet i en seaborgium isotop. K-isomerer är speciella kärnkonfigurationer med hög rörelsemängd som motstår fission långt effektivare än vanliga kärntillstånd.
I 259Sg upptäckte forskarna en konverteringselektronsignal som uppstod 40 mikrosekunder efter kärnbildning, starka bevis för ett K-isomeriskt tillstånd som kan vara stabilt mot fissionen hundratals gånger längre än grundtillståndet.
"K-isomeriska tillstånd har redan observerats hos superaftiga kärnor som 252-257Rf och 270Ds," noterade Khuyagbaatar. "Vi observerade K-isomerer uteslutande i kärnor med 106 protoner, dvs i Sg isotoper för första gången."
Denna upptäckt fyller en viktig lucka i vetenskapsmännens förståelse av superaftiga element och kan ha djupgående konsekvenser för framtida ansträngningar att upptäcka nya element.
Upptäckten kommer vid en avgörande tid i forskningen om superaftiga element.
Vetenskapsmän har länge sökt efter den teoretiska "stabilitetens ö" där vissa superaftiga kärnor kan existera under långa perioder på grund av gynnsamma skalffekter. Men de nya resultaten antyder att denna landskap kan vara mer komplext än väntat.
"Det kan hända att superaftiga kärnan, till exempel en isotop av ett ännu inte upptäckt element, kan leva mindre än 1 μs [mikrosekund]," förklarade Khuyagbaatar.
"Om så är fallet kommer upptäckten av element 120 sannolikt att stå inför utmaningar med avskiljning och detektion. Men om en K-isomeriskt tillstånd finns i denna kärnan kan den leva längre, som vi nyligen visade med 252Rf."
Forskarna uppskattar att den ännu ej upptäckta 256Sg kan ha en dramatiskt kortare halveringstid än de teoretiska förutsägelserna antyder, potentiellt sjunka från de förutsagda 6 mikrosekunderna till en enda nanosekund.
En sådan signifikant avvikelse i stabilitet skulle representera en viktig ny insikt inom kärnfysiken.
Upptäck det senaste inom vetenskap, teknik och rymden med över 100,000 prenumeranter som förlitar sig på Phys.org för dagliga insikter. Registrera dig för vårt kostnadsfria nyhetsbrev och få uppdateringar om genombrott, innovationer och forskning som betyder något - dagligen eller veckovis.
Det experimentella framsteget krävde att övervinna betydande tekniska utmaningar. Att arbeta med kärnor som endast existerar under några millisekunder krävde extraordinärt snabba detektionssystem och noggrann timing.
'I fallet med kortlivade kärnor är det mycket viktigt att ha en relativt kort separator och, ännu viktigare, att ha snabb digital elektronik som kan reda ut radioaktiva nedbrytningssignaler ner till cirka 100 ns,' förklarade Khuyagbaatar.
Teamet utvecklade specialiserad digital elektronik vid GSI som har varit avgörande för flera upptäckter av supertunga element.
Teamets nästa mål är att syntetisera 256Sg för att testa om den förutsedda dramatiska minskningen av stabilitet verkligen inträffar.
'Faktiskt kommer vi försöka utforska ytterligare fall av långlivade K-isomeriska tillstånd i supertunga kärnor,' sade Mosat. 'Vad gäller det aktuella ämnet kommer vi närmaste plan vara att försöka syntetisera nästa okända 256Sg.'
Skrivet för dig av vår författare Tejasri Gururaj, redigerad av Sadie Harley, och faktagranskad och granskad av Robert Egan – denna artikel är resultatet av varsamt mänskligt arbete. Vi förlitar oss på läsare som dig för att hålla oberoende vetenskapsjournalistik vid liv. Om denna rapportering är viktig för dig, överväg gärna en donation (särskilt månatligt). Du kommer att få ett annonsfritt konto som tack.
Mer information: P. Mosat m.fl., Probing the Shell Effects on Fission: The New Superheavy Nucleus 257Sg, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/s7hr-y7zq
Tidskriftsinformation: Physical Review Letters
© 2025 Science X Network
