Wszechświat, w którym żyjemy, jest jak ogromna, skomplikowana łamigłówka, w której każdy element ma kluczowe znaczenie dla pełnego obrazu. Odkrywanie nowych izotopów przypomina odnajdywanie brakujących elementów, oferując bezprecedensowy wgląd w strukturę materii i dając nadzieję, że kiedyś uda nam się połączyć wszystkie z nich.
Czytaj też: Izotopy, jakich nauka jeszcze nie widziała. Poznaliśmy sekrety metali ziem rzadkich
Naukowcy z Institute of Modern Physics, należącego do Chińskiej Akademii Nauk (CAS), odkryli dwa nowe izotopy osmu-160 i wolframu-156, co zwiastuje znaczący przełom w rozumieniu naszego Wszechświata. Szczegóły opisano w czasopiśmie Physical Review Letters.
Nowe izotopy zmieniają nasze rozumienie jądra atomowego
Podobnie jak w przypadku gazów szlachetnych pewna liczba elektronów w ich atomach gwarantuje niską reaktywność, tak w przypadku jąder atomowych konkretna liczba protonów lub neutronów zapewnia im wyjątkowo silne związanie ze względu na efekty kwantowe. Są to tzw. liczby magiczne: 2, 8, 20, 28, 50, 82 i 126.
Czytaj też: “Zupełnie nowa fizyka”. To zasługa izotopu azotu, który istnieje krócej niż mgnienie oka
Najcięższym znanym do tej pory jądrem podwójnie magicznym – i pod względem protonów, i neutronów – jest ołów 208 (82 protony i 126 neutronów). Nie wiadomo jednak, gdzie jest kolejne takie jądro – niektórzy fizycy sugerują, by szukać go przy masie atomowej rzędu 300, czyli 184 neutronów i 120 protonów.
Wykorzystując Spectrometer for Heavy Atoms and Nuclear Structure (SHANS) w Heavy Ion Research Facility w Lanzhou (HIRFL), chińscy naukowcy po raz pierwszy zsyntetyzowali osm-160 i wolfram-156. Zmierzyli energię cząstek α i okres półtrwania osmu-160, który jest izotopem emitującym α, a w międzyczasie ustalili, że jądro potomne – wolfram-156 – jest emiterem cząstek β+ o okresie półtrwania wynoszącym 291 ms.
Na podstawie nowo zmierzonych danych dotyczących rozpadu α wyliczono tempo rozpadu α dla osmu-160 i porównano je z innymi jądrami zawierającymi 84 neutrony, ale mniej protonów. Zauważono nieoczekiwany wzór: szybkość rozpadu maleje wraz ze wzrostem liczby protonów.
Tendencję tę interpretuje się jako dowód na wzmocnienie zamknięcia powłoki 82 neutronów w kierunku jądrowej linii kroplowej protonów, co potwierdza wzrost przerw między powłokami neutronów przewidywany w modelach teoretycznych. Dr Huabin Yang z Institute of Modern Physics
Jądrowa linia kroplowa to granica, poza którą jądra atomowe są niezwiązane w odniesieniu do emisji protonu lub neutronu. Bliskość ołowiu-164, podwójnie magicznego jądra, które może mieć 82 protony i 82 neutrony, może być przyczyną zwiększonej stabilności zamykania powłoki 82-neutronowej. Oczekuje się, że ołów-164 będzie związanym lub quasi-związanym jądrem, mimo że znajduje się poza linią kroplową protonów.
Nowe odkrycie podważa dominujące teorie dotyczące powłok neutronów i ich ewolucji w izotopach z niedoborem neutronów, szczególnie tych zawierających 82 te cząstki subatomowe. Badania te mogą na nowo zdefiniować nasze pojęcie o stabilności atomowej i siłach spajających jądro.
