Michigan Eyalet Üniversitesi'nden Oleg Tarasov liderliğindeki fizikçiler platin çekirdeğini parçalayarak nadir toprak elementleri olan tulyum, iterbiyum ve lutesyumun yeni izotoplarını keşfettiler. Bu, bilim insanlarının nötron zengini çekirdeklerin özelliklerini ve nötron yıldızlarının çarpışmasında yeni elementler oluşturan süreçleri anlamalarına yardımcı olacağına inandıkları bir başarı.
Araştırmacılara göre bu çalışma, Michigan Eyalet Üniversitesi'nin kısa süre önce tamamladığı ve ilk deneyini Haziran 2022'de gerçekleştiren Nadir İzotop Işınları Tesisi'nin (FRIB) gücünü de gösteriyor.
Bir elementin tüm formları aynı şekilde inşa edilmemiştir. Her atom çekirdeği, nükleon olarak bilinen bir dizi atom altı parçacıktan oluşur – protonlar ve nötronlar. Proton sayısı bir elementin tüm formlarında tutarlıdır ve o elemente atom numarasını verir.
Ancak nötronların sayısı değişebilir. Bu farklılıklar bir elementin izotopları olarak bilinen elementleri belirler.
Tüm elementler, farklı kararlılık seviyelerinde oluşan bir dizi izotopa sahiptir. Bazıları olağanüstü bir hızla bozunarak iyonlaştırıcı radyasyon püskürterek daha hafif elementlere dönüşür. Bazıları ise mükemmel bir kararlılık içinde takılır. Farklı izotopları ve nasıl davrandıklarını anlamak, bilim insanlarının Evren'in elementleri nasıl oluşturduğunu anlamalarına ve bu elementlerin uzay ve zaman içindeki bolluklarını tahmin etmelerine yardımcı olur.
Tarasov ve meslektaşları yeni izotoplarını oluşturmak için 198Pt adı verilen 120 nötronlu bir platin izotopuyla işe başladılar. Standart platin 117 nötrona sahiptir; daha ağır bir izotop kullanmak çekirdeğin parçalanma şeklini değiştirebilir.
Bu atomları, atom çekirdeklerini parçalamak için ağır iyon hızlandırıcı kullanan FRIB'ye yerleştirdiler. Nadir izotoplardan oluşan demetler, ışık hızının yarısından daha yüksek hızlarda bir hedefe doğru ateşlenir. Hedefe çarptıklarında, bu izotoplar daha hafif çekirdek izotoplarına parçalanır; fizikçiler daha sonra bu izotopları tespit edebilir ve inceleyebilir.
Tarasov'un ekibi 198Pt'nin parçalanmasında, sırasıyla 113 ve 114 nötronlu 182Tm ve 183Tm'yi keşfetti; standart tulyumun 69 nötronu vardır. Ayrıca sırasıyla 116 ve 117 nötronlu 186Yb ve 187Yb buldular; standart iterbiyum 103 nötrona sahiptir. Son olarak, 119 nötronlu 190Lu buldular; standart lutesyumun 104 nötronu vardır.
Bu izotopların her biri hızlandırıcının birden fazla çalışmasında görüldü. Araştırmacılar bunun, FRIB'in şimdiye kadar oldukça ihmal edilmiş rejimlerde ağır elementlerin nötron bakımından zengin izotoplarının sentezini incelemek için kullanılabileceği anlamına geldiğini söylüyor – ilgi eksikliği değil, bunları yaratma ve tespit etme yeteneği.
Bu da şiddetli kozmik olayların Evren'deki en ağır elementleri nasıl oluşturduğunu anlamamıza yardımcı olabilir. Evrende demirden daha ağır olan herhangi bir şey ancak, örneğin süpernovalarda ve nötron yıldızları arasındaki çarpışmalarda görülen aşırı koşullarda yaratılabilir.
Nötron yıldızı çarpışmalarında görülen bir nükleosentez süreci hızlı nötron yakalama süreci ya da r-sürecidir. Bu süreç, atom çekirdeklerinin kilonova patlaması sırasında serbest kalan nötronları hızla yakalayarak daha ağır bir elemente dönüşmeye başlamasıyla gerçekleşir. Altın, stronsiyum, platin ve diğer ağır metaller bu şekilde elde edilir.
Ekibin deneyinin r-sürecini yeniden üretmeye çok yaklaştığını söylüyorlar. Bu, çok yakında elimizde Evren'in sunduğu en şiddetli olaylardan bazılarında görülen nükleosentez yollarından birini kopyalayabilecek bir araca sahip olabileceğimiz anlamına geliyor.
Araştırmacılar, "FRIB'in Ulusal Süperiletken Siklotron Laboratuvarı'nda mevcut olanları aşan enerjilerde çok yoğun birincil ışınlar da dahil olmak üzere benzersiz yetenekleri, onu nötron sayısı N = 126 ve ötesindeki bölgeyi keşfetmek için ideal bir tesis haline getiriyor" diye yazıyor.
"FRIB'deki araştırmacılar bu reaksiyonları yeni izotoplar üretmek, tanımlamak ve özelliklerini incelemek için kullanabilir ve nükleer fizik, astrofizik ve maddenin temel özelliklerine ilişkin anlayışımızdaki ilerlemelere katkıda bulunabilir."
