Historyczne obserwacje w Jyväskylä
Henna Kokkonen, doktorantka z Uniwersytetu w Jyväskylä, po raz drugi w swojej karierze znalazła się w centrum niezwykłego odkrycia. Tym razem jej zespół zidentyfikował izotop astatu-188 zawierający 85 protonów i 103 neutrony, który okazał się najlżejszym dotychczas znanym izotopem tego pierwiastka. Jak przyznaje główna bohaterka całej historii, odkrycia izotopów są rzadkością na całym świecie, a jej po raz drugi udało się wziąć udział w takich eksperymentach. Emisja protonu to niezwykle rzadkie zjawisko, w którym niestabilne jądro atomowe pozbywa się protonu, dążąc do stabilności. Do tej pory naukowcom udało się zaobserwować około 50 takich przypadków w zakresie od jodu-108 do bizmutu-185. Nowe odkrycie znacząco przesuwa tę granicę.
Czytaj też: Nieśmiertelna fala z kanału Union. Odkrycie szkockiego inżyniera zmieniło oblicze fizyki
Sam proces wytworzenia i identyfikacji jądra był nie lada wyzwaniem. Naukowcy wykorzystali reakcję fuzyjno-ewaporacyjną, napromieniowując naturalną srebrną tarczę wiązką jonów strontu-84. Cyklotron K-130 dostarczył wiązkę o intensywności 12 cząstek nanoamperów, a bombardowanie celu trwało wiele godzin. Najbardziej imponujące jest to, że zespół zidentyfikował nowy izotop na podstawie zaledwie dwóch zdarzeń rozpadu. Okres półtrwania astatu-188 wynosi tylko 190 mikrosekund, co oznacza, że połowa jąder rozpada się w czasie krótszym niż mrugnięcie okiem. Energia emitowanego protonu osiągnęła 1500 keV. To, co szczególnie intryguje naukowców, to nietypowy kształt nowego jądra. Teoretyczne modele opisują go jako wydłużony, przypominający arbuz. Ten niezwykły kształt sugeruje, że wewnątrz jądra zachodzą interakcje, których wcześniej nie obserwowano w tak ciężkich strukturach. Deformacja jądra ma kluczowy wpływ na tempo emisji protonu. Im bardziej wydłużona struktura, tym łatwiej protonowi “przebić się” przez barierę energetyczną i opuścić wnętrze. Zjawisko to można porównać do tunelowania kwantowego, gdzie cząstka pokonuje barierę, której klasycznie nie powinna być w stanie przekroczyć.
Potencjalny dowód na efekt Thomasa-Ehrmana
Najważniejszym aspektem odkrycia jest statystycznie istotne odchylenie 3,8 sigma między energią separacji protonu a przewidywaniami teoretycznymi. Może to być pierwszy znaczący dowód występowania efektu Thomasa-Ehrmana w ciężkich jądrach atomowych. Chodzi o zjawisko, w którym protony walencyjne mają funkcję falową rozciągającą się poza wnętrze jądra, redukując odpychające oddziaływanie kulombowskie. Mówiąc prościej, protony wydają się być silniej związane z rdzeniem, niż wynikałoby to z klasycznych obliczeń. Odkrycie astatu-188 z pewnością wywoła żywe dyskusje w środowisku fizyków jądrowych. Fakt, że tak doniosłe wnioski opierają się na zaledwie dwóch obserwacjach, budzi oczywiście pewien sceptycyzm. Wielu naukowców będzie oczekiwać potwierdzenia wyników przez niezależne zespoły badawcze.
Czytaj też: Bąbelki gazu rozwiązały zagadkę stulecia. Ta teoria fizyczna okazała się prawdziwa
Replikacja takich eksperymentów to jednak ogromne wyzwanie techniczne i finansowe. Wymaga miesięcy przygotowań, dostępu do najnowocześniejszego sprzętu i sporych nakładów finansowych. Kolejnym celem badaczy będzie poszukiwanie astatu-189 i innych izotopów w tym regionie. Dotychczasowe ustalenia w tej sprawie zostały zaprezentowane na łamach Nature Communications. Publikacja otwiera nowy rozdział w fizyce jądrowej, ale zarazem przypomina, jak wiele jeszcze nie wiemy o fundamentalnych właściwościach materii. Jeśli rezultaty się potwierdzą, może się okazać, że obecne modele teoretyczne wymagają znaczących korekt. Dla laików może to brzmieć jak abstrakcyjne rozważania, ale takie odkrycia mają realny wpływ na rozwój technologii jądrowych, medycyny nuklearnej, a nawet naszego rozumienia wszechświata.