Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Teorier introducerades så långt tillbaka som på 1960-talet om den möjliga existensen av supertunga grundämnen. Deras mest långlivade kärnor kan ge upphov till en så kallad "ö av stabilitet" långt bortom grundämnet uran. Dock, en ny studie, ledd av kärnfysiker vid Lunds universitet, visar att ett 50 år gammalt kärnfysikmanifest nu måste revideras.
Det tyngsta grundämnet som finns i naturen är uran, med en kärna som innehåller 92 protoner och 146 neutroner. Kärnorna hos tyngre grundämnen blir mer och mer instabila på grund av det ökade antalet positivt laddade protoner. De förfaller därför snabbare och snabbare, vanligtvis inom en bråkdel av en sekund.
En "magisk" kombination av protoner och neutroner kan dock leda till element med snabbt ökande livslängder. Just ett sådant "magiskt" antal protoner har länge förutspåtts för grundämnet flerovium, som har atomnumret 114 i det periodiska systemet. I slutet av 1960-talet introducerades en teori av Lundafysikern Sven-Gösta Nilsson, bland andra, att en sådan ö av stabilitet borde finnas runt det då ännu oupptäckta elementet 114.
"Det här är något av en helig gral inom kärnfysik. Många drömmer om att upptäcka något så exotiskt som en långlivad, eller till och med stabil, supertungt element, säger Anton Såmark-Roth, doktorand i kärnfysik vid Lunds universitet.
Inspirerad av Nilssons teorier, forskarna har studerat grundämnet flerovium i detalj och gjort banbrytande upptäckter. Experimentet utfördes av ett internationellt forskarlag under ledning av Dirk Rudolph, professor vid Lunds universitet.
Inom ramen för forskningsprogrammet FAIR Phase-0 vid partikelacceleratoranläggningen GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung i Darmstadt, Tyskland, upp till 6 1, 018 (6, 000, 000, 000, 000, 000, 000) kalcium-48 atomkärnor accelererades till 10 % av ljusets hastighet. De bombarderade en tunn film av sällsynt plutonium-244 och, genom atomär kärnfusion, flerovium kan skapas, en atom i taget. I det 18 dagar långa experimentet, forskargruppen registrerade då radioaktivt sönderfall av ett tiotal fleroviumkärnor i en detektionsapparat speciellt utvecklad i Lund.
Genom den exakta analysen av sönderfallsfragment och de perioder inom vilka de släpptes, teamet kunde identifiera nya sönderfallsgrenar av flerovium. Det visades att dessa inte kunde förenas med elementets tidigare förutspådda "magiska" egenskaper.
Med hjälp av ett silikondetektorsystem inuti en vakuumkammare omgiven av nya germaniumdetektorer, energin och ankomsttiden för fleroviumkärnorna och deras sönderfallsprodukter, t.ex. alfapartiklar, elektroner eller fissionsprodukter, såväl som röntgenstrålar och gammastrålar, registrerades. Kredit:A. Såmark-Roth, Lunds universitet
Kalciumstrålen från UNILAC-acceleratorn passerade genom strållinjen som är synlig till vänster i bilden till målområdet (bildens mitt) där kärnfusion som ledde till fleroviumproduktion ägde rum. Kärnreaktionsprodukterna och den oreagerade kalciumstrålen passerade sedan genom magneterna som är synliga i rött till höger, som isolerade fleroviumkärnorna från alla andra partiklar. Flerovium kom sedan in i detektionsapparaten i slutet av separatorn. Kredit:G. Otto, GSI/FAIR
"Vi var mycket nöjda med att all teknik kring vår experimentuppställning fungerade som den skulle när experimentet startade. Framför allt, att kunna följa sönderfallet av flera fleroviumkärnor från kontrollrummet i realtid var väldigt spännande, säger Daniel Cox, postdoc i kärnfysik vid Lunds universitet.
De nya resultaten, publicerad i forskningstidskriften Fysiska granskningsbrev , kommer att vara till stor nytta för vetenskapen. Istället för att leta efter stabilitetens ö runt elementet 114, forskarvärlden kan fokusera på andra ännu oupptäckta element.
"Det var ett krävande men självklart, mycket lyckat experiment. Nu vet vi, vi kan gå vidare från element 114 och istället titta runt element 120, som inte har upptäckts ännu. Nu tar resan till stabilitetens ö en ny kurs, avslutar Anton Såmark-Roth.
