Radioactive Isotope Beam Factory, Wako, Japonia

În Japonia a fost studiată forma izotopului magneziu-40, care are în nucleu un număr de neutroni mult mai mare decât cel al protonilor. Forma acestui nucleu, ce se situează aproape de aşa-numita „drip-line” este ciudată; cercetătorii încearcă să descopere cum funcţionează interacţiunea nucleară prin studiul acestor tipuri de nuclee exotice.


În natură există mai bine de 100 de elemente chimice, precum oxigenul, fierul sau uraniul. Un element chimic se caracterizează prin numărul de protoni din interiorul nucleului, egal cu numărul de electroni care orbitează în jurul acestuia. Astfel, dacă hidrogenul are un singur proton în nucleu, plumbul are 82, iar uraniul 92.

Protonii şi neutronii sunt legaţi în nuclee de aşa-numita forţa nucleară tare, care este mult mai intensă decât interacţiunea electromagnetică. Ultimele elemente chimice, cele cu 113, 115, 117 şi 118 protoni în nuclee, au fost descoperite recent la diverse acceleratoare din lume.

În prezent încă nu se ştie cât de departe se poate ajunge; există elemente chimice care au un număr de protoni şi mai mare? Cât de mare poate fi un nucleu? Forţa nucleară tare este rezultatul interacţiunilor între quarcuri care alcătuiesc protonii şi neutronii şi la ora actuală nu este cunoscută cu mare precizie. Din acest motiv studiul în laborator a diverselor nuclee poate da indicaţii extrem de utile pentru noii „alchimişti”, adică cercetătorii care descoperă şi studiază în laborator noi elemente chimice, pornind de la cele cunoscute.

În acest context studiul unui nucleu exotic, magneziu-40, care a fost efectuat în Japonia la RIKEN (Tokyo) la acceleratorul Radioactive Isotope Beam Factory, este extrem de interesant. Acest nucleu conţine 12 protoni şi 28 de neutroni. Numărul de neutroni dintr-un nucleu poate varia, dând naştere aşa-numiţilor izotopi. În natură magneziul are în nucleu 12 protoni şi 12 neutroni. Cu cei 28 de neutroni ai săi, magneziul-40 este un nucleu exotic, foarte bogat în neutroni.

Pentru a-l genera, grupul de cercetători internaţional care a efectuat experimentul de la RIKEN a folosit o serie de trei acceleratoare (ciclotroane), care au produs fascicule de nuclee accelerate la 60% din viteza luminii. Iniţial un fascicol de calciu-48, un izotop stabil care are în nucleu 20 de protoni şi 28 de neutroni, numere „magice”, a fost accelerat şi a interacţionat cu o ţintă de carbon. În urma interacţiunilor se produceau nuclee de aluminiu-41, care erau focalizate asupra unei ţinte de plastic (CH2). Impactul cu această ţintă secundară producea, prin înlăturarea unui proton al aluminiului-41, nuclee de magneziu-40. Ţinta de plastic era înconjurată de detectoare de raze gama, care măsurau radiaţia emisă din dezexcitarea nucleelor de magneziu-40 produse. Prin studiul acestei radiaţii cercetătorii au ajuns la concluzia că nucleul de magneziu-40 este foarte deformat faţă de o formă sferică, ca şi cum doi neutroni ar forma un fel de aură (halo) în jurul unui nucleu mai compact cu 38 de protoni şi neutroni. Rezultatele acestui studiu au fost recent publicate în revista Physical Review Letters.

Studiul nucleului „gras” de magneziu-40 îi va ajuta pe teoreticienii care lucrează în domeniul fizicii nucleare să optimizeze modelele care descriu interacţiunea nucleară şi să stabilească cât de „obez” poate deveni un nucleu înainte de a „i se tăia pofta de mâncare”. Adică unde anume este situată aşa-numita „drip line”, linia dincolo de care de un nucleu nu se mai pot lipi neutroni sau protoni, o saturaţie a interacţiunii nucleare.

Acest studiu este relevant şi în astrofizică, pentru studiul procesului de formare a elementelor chimice în interiorul stelelor şi în supernove în urma proceselor de fuziune nucleară şi a altor reacţii nucleare. Multe dintre aceste elemente chimice sunt la baza vieţii şi le regăsim în organismul nostru şi în obiectele pe care le utilizăm zilnic.


Dacă găsiţi scientia.ro util, susţineţi site-ul printr-o donaţie.

Găzduire 2019: 485 €. Donat: 106.55


PayPal ()
CoinGate Payment ButtonCriptomonedă
Susţine-ne pe Patreon!