اكتشف الفيزيائيون نظائر جديدة تمامًا للعناصر الأرضية النادرة الثقيلة: تنبيه علمي

تم الكشف عن معدلات الجسيمات التي تشكل النوى بمعدلات غير مسبوقة في تجربة تاريخية تتضمن تجزئة العناصر الأثقل.

من خلال تفكيك نوى البلاتين، اكتشف الفيزيائيون بقيادة أوليغ تاراسوف من جامعة ولاية ميشيغان نظائر جديدة للعناصر الأرضية النادرة الثوليوم والإيتربيوم واللوتيتيوم. ويأمل العلماء أن يساعدهم هذا على فهم خصائص النوى الغنية بالنيوترونات والعمليات التي تتشكل بها عناصر جديدة في تصادمات النجوم النيوترونية.

ويقول الباحثون إن العمل يوضح أيضًا قوة مرفق حزم النظائر النادرة (FRIP) الذي اكتمل مؤخرًا بجامعة ولاية ميشيغان، والذي أجرى تجربته الأولى في يونيو 2022.

لا يتم إنشاء جميع أشكال العنصر على قدم المساواة. تحتوي كل نواة على العديد من الجسيمات دون الذرية التي تسمى النيوكليونات – البروتونات والنيوترونات. عدد البروتونات هو نفسه في جميع أشكال العنصر، ويعطي العنصر رقمه الذري.

ومع ذلك، يمكن أن يختلف عدد النيوترونات. تحدد هذه الاختلافات ما يعرف بنظائر العنصر.

تحتوي جميع العناصر على العديد من النظائر التي تتشكل بثباتات مختلفة. يتحلل بعضها بسرعة غير عادية، وينقسم إلى عناصر أخف مع نفخة من الإشعاع المؤين. البعض يتسكع مع الاتساق المثالي. إن فهم النظائر المختلفة وكيفية تصرفها يساعد العلماء على معرفة كيفية تكوين الكون للعناصر، وتقدير مدى وفرة تلك العناصر عبر المكان والزمان.

ولإنشاء نظائرهم الجديدة، بدأ تاراسوف وزملاؤه بنظير البلاتين الذي يحتوي على 120 نيوترونًا. ¹⁹⁸نقطة. هناك البلاتين القياسي 117 نيوترون; يمكن استبدال أجزاء النواة باستخدام نظائر ثقيلة.

وضعوا هذه الذرات في FRIB، الذي يستخدم مسرع الأيونات الثقيلة لتفجير النوى. يتم إطلاق حزم من النظائر النادرة على هدف بسرعة نصف سرعة الضوء. وعندما تصطدم بالهدف، تتحلل هذه النظائر إلى نظائر أخف من النوى؛ ويستطيع الفيزيائيون اكتشاف هذه النظائر ودراستها.

في التجزئة ¹⁹⁸حزب العمال، اكتشفت مجموعة تاراسوف ¹⁸²تي إم و ¹⁸³Tm، مع 113 و114 نيوترونًا، على التوالي؛ هناك ضغط مستمر 69 نيوترون. اكتشفوا ذلك أيضًا ¹⁸⁶إب و ¹⁸⁷Yb، 116 و117 نيوترونًا، على التوالي؛ هناك الإيتربيوم المستقر 103 نيوترون. وأخيراً اكتشفوا ذلك ¹⁹⁰لو، مع 119 نيوترونًا؛ هناك اللوتيتيوم مستقر 104 نيوترون.

تم العثور على كل من هذه النظائر في عدة تشغيلات للمسرع. وهذا يعني، كما يقول الباحثون، أنه يمكن استخدام FRIB لدراسة مجموعة نظائر العناصر الثقيلة الغنية بالنيوترونات في الأنظمة المهملة حتى الآن – ليس بسبب قلة الاهتمام، ولكن للقدرة على إنتاجها واكتشافها.

وهذا بدوره سيساعدنا على فهم كيف تخلق الأحداث الكونية العنيفة العناصر الأثقل في الكون. أي شيء أثقل من الحديد في الكون لا يمكن أن يتشكل إلا في الظروف القاسية، مثل تلك الموجودة في المستعرات الأعظم، على سبيل المثال، في الاصطدامات بين النجوم النيوترونية.

عملية التخليق النووي التي تظهر في اصطدامات النجوم النيوترونية هي عملية الالتقاط السريع للنيوترونات، أو عملية R. ويحدث هذا عندما تطلق النوى بسرعة نيوترونات حرة تطفو أثناء انفجار الكيلونوفا، وتبدأ في التحول إلى عناصر أثقل. هذه هي الطريقة التي نحصل بها على الذهب والسترونتيوم والبلاتين والمعادن الثقيلة الأخرى.

ويقولون إن تجربة الفريق تقترب جدًا من إعادة إنتاج عملية r. وهذا يعني أنه قد يكون لدينا قريبًا جدًا أداة قادرة على تكرار أحد مسارات التخليق النووي الموجودة في بعض الأحداث الأكثر عنفًا التي يقدمها الكون.

وقال الباحثون: “إن قدرات FRIB الفريدة، بما في ذلك الحزم الأولية الأكثر كثافة في طاقات أعلى من تلك الموجودة في المختبر الوطني للسيكلوترون فائق التوصيل، تجعله منشأة ممتازة لاستكشاف المنطقة عند رقم النيوترون N = 126 وما بعده”. اكتب.

“يمكن للباحثين في FRIB استخدام هذه التفاعلات لإنشاء وتحديد ودراسة خصائص النظائر الجديدة التي تساهم في التقدم في الفيزياء النووية والفيزياء الفلكية وفهمنا للخصائص الأساسية للمادة.”

نشرت في الأطروحة رسائل المراجعة البدنية.