Cercetătorii au dezlegat un mister nuclear vechi de 20 de ani legat de crearea aurului / La studiu a contribuit și o echipă din România de la Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizică și Inginerie Nucleară

Adaugă-ne ca sursă preferată în Google

Urmărește-ne in Discover

Aurul nu se poate forma până când anumite nuclee atomice instabile nu se descompun. Modul exact în care se desfășoară aceste transformări nucleare a fost mult timp dificil de determinat.

Acum, fizicienii nucleari de la Universitatea din Tennessee (UT) raportează trei descoperiri într-un singur studiu care clarifică părți importante ale acestui proces. Descoperirile lor ar putea ajuta cercetătorii să construiască modele îmbunătățite ale evenimentelor stelare care creează elemente grele și să prezică mai bine comportamentul nucleelor atomice exotice, potrivit ScienceDaily.

Important de amintit este că la studiul descris a contribuit și o echipă din România de la Departamentul de Fizică Nucleară din cadrul Institutului Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizică și Inginerie Nucleară „Horia Hulubei”, coordonată de dr. Răzvan Lică.

Contribuția cercetătorilor români la ISOLDE, un laborator din cadrul CERN dedicat studiului izotopilor radioactivi, este evidențiată prin rolul principal deținut în construcția și operarea ansamblului experimental ISOLDE Decay Station. Acest proiect internațional a luat naștere in 2014 și este susținut în prezent de 18 institute din întreaga lume.

Reprezintă una dintre instalațiile permanente ale ISOLDE dedicate studierii modului în care elementele radioactive se transformă. IFIN-HH, prin susținerea financiară oferită de Programul CERN-RO al Ministerului Educației și Cercetării (https://www.ifa-mg.ro/cern/programul-cern-ro.php), a contribuit considerabil prin echipamente performante, personal specializat și expertiză tehnică, participând direct la dotarea ISOLDE Decay Station cu detectori sofisticați pentru spectroscopie gama.

Datorită acestui efort colectiv, stația permite realizarea unor măsurători ultra-rapide și precise asupra particulelor emise, oferind datele esențiale pentru a descifra secretele nucleelor atomice și procesele prin care se formează elementele chimice în univers.

Modelele teoretice, testate și perfecționate

Elementele grele, precum aurul și platina, sunt forjate în condiții extraordinare, inclusiv atunci când stelele se prăbușesc, explodează sau se ciocnesc. Aceste evenimente declanșează procesul de captare rapidă a neutronilor (sau procesul r, pe scurt). În timpul acestui proces, un nucleu atomic absoarbe neutroni în succesiune rapidă. Pe măsură ce nucleul devine mai greu și mai instabil, acesta se descompune în forme mai ușoare și mai stabile.

De-a lungul acestei căi din tabelul nucleelor, o secvență obișnuită implică dezintegrarea beta a nucleului părinte, urmată de eliberarea a doi neutroni. Nucleele atomice implicate în aceste reacții sunt extrem de rare și instabile, ceea ce le face dificil sau chiar imposibil de studiat direct în experimente. Din această cauză, oamenii de știință se bazează în mare măsură pe modele teoretice, care trebuie testate și perfecționate folosind date de laborator.

Studierea nucleelor rare cu ajutorul instalației ISOLDE a CERN

Cercetătorii au început cu cantități mari de izotop rar indiu-134.

Echipa a efectuat experimentele la stația de dezintegrare ISOLDE de la CERN, care a produs nuclee abundente de indiu-134 și a utilizat tehnici avansate de separare cu laser pentru a asigura puritatea acestora. Când indiu-134 suferă dezintegrare, generează forme excitate de staniu-134, staniu-133 și staniu-132.

Folosind un detector de neutroni finanțat prin programul Major Research Instrumentation al National Science Foundation și construit la UT, oamenii de știință au descoperit trei rezultate importante. Cel mai semnificativ rezultat a fost prima măsurare a energiilor neutronilor asociate cu emisia beta întârziată a doi neutroni.

Emisia cu doi neutroni cu întârziere beta are loc numai în nuclee exotice, care sunt instabile și există doar pentru scurt timp. Energia necesară pentru a separa doi neutroni de nucleu este extrem de mică, dar în acest experiment a fost suficient de mare pentru a putea fi măsurată.

O stare a neutronilor mult căutată în staniu

A doua descoperire majoră a echipei a fost prima observare a unei stări a neutronilor cu o singură particulă, prevăzută de mult timp, în staniu-133.

În mod tradițional, oamenii de știință credeau că nucleul staniului elibera pur și simplu neutroni pentru a se răci, pierzând efectiv orice urmă a evenimentului anterior de dezintegrare beta. În acest scenariu, nucleul se comportă ca un „nucleu amnezic”, fără nicio amintire a modului în care s-a format.

Detectoarele avansate de neutroni au permis cercetătorilor să detecteze această stare nucleară evazivă. Observația sugerează că explicațiile teoretice actuale sunt incomplete și că oamenii de știință au nevoie de un cadru mai sofisticat pentru a explica de ce unele dezintegrări eliberează un neutron, în timp ce altele eliberează doi.

O a treia descoperire pune la încercare modelele existente

Studiul a relevat și un al treilea rezultat important. Cercetătorii au observat o populație non-statistică a acestei stări recent identificate. În termeni simpli, modul în care starea este populată în timpul dezintegrării nu urmează modelele pe care oamenii de știință le așteaptă în mod obișnuit.

Descoperirile sugerează că, pe măsură ce oamenii de știință explorează regiuni ale peisajului nuclear mai îndepărtate de stabilitate, în special printre nucleele exotice precum Tennessine, modelele existente ar putea să nu mai fie aplicabile.