Wyzwanie pomiarowe niemal na granicy możliwości
Podstawowym problemem w badaniach nad technetem-98 okazała się jego niezwykła rzadkość. Zespół z Uniwersytetu w Kolonii pracował z zaledwie 0,06 mikrograma tego izotopu, co stanowi ilość porównywalną z masą pojedynczego ziarna pyłku. Co więcej, ten śladowy materiał był ukryty w około trzech gramach technetu-99, który sam generuje intensywne promieniowanie tła.
Czytaj też: Skąd biorą się najcięższe pierwiastki we wszechświecie. Naukowcy właśnie rozwiązali kosmiczną zagadkę
Głównym wyzwaniem było odseparowanie sygnału pochodzącego od technetu-98 od wszechobecnego szumu radiacyjnego. Naukowcy porównują tę sytuację do próby usłyszenia szeptu podczas głośnego koncertu rockowego. Rozwiązaniem okazała się specjalnie zaprojektowana osłona ołowiana, która pozwoliła na skuteczne wyizolowanie poszukiwanego sygnału. Po 17 dniach nieprzerwanych pomiarów na stacji badawczej Clover Instytutu Fizyki Jądrowej zarejestrowano około 40 000 przypadków rozpadu przez wychwyt elektronu.
Mechanizm zmiany tożsamości pierwiastka
Sam proces wychwytu elektronu przypomina nieco alchemię na poziomie atomowym. Jądro atomowe “przechwytuje” elektron z najbliższej powłoki elektronowej, który następnie łączy się z protonem, tworząc neutron. W efekcie następuje zmiana tożsamości chemicznej całego atomu. W takich okolicznościach technet przekształca się w inny pierwiastek. Wyniki pomiarów przyniosły konkretne dane liczbowe. Technet-98 przekształca się w molibden-98 poprzez wychwyt elektronu w około 0,3% przypadków, podczas gdy w pozostałych sytuacjach powstaje ruten-98. Choć ten niewielki odsetek może wydawać się marginalny, dla fizyków jądrowych stanowi istotną informację o strukturze i stabilności jąder atomowych.
Dla nas stanowi to mały, ale znaczący wkład w szersze zrozumienie fizyki jądrowej. Tak precyzyjne dowody pomagają nam lepiej zrozumieć stabilność i strukturę jąder atomowych oraz stopniowo uzupełniać tablicę nuklidów kawałek po kawałku – tłumaczy Erik Strub z Wydziału Chemii Uniwersytetu w Kolonii
Nowy element w jądrowej układance
Odkrycie znajdzie swoje odzwierciedlenie w kolejnej edycji tablicy nuklidów, która pełni rolę rozszerzonego układu okresowego dla fizyków jądrowych. Pole odpowiadające technetowi-98 otrzyma charakterystyczny czerwony narożnik, symbolizujący nowo potwierdzoną ścieżkę rozpadu. To drobne, lecz znaczące uzupełnienie naszej mapy świata atomowego. Niemieccy naukowcy nie zamierzają poprzestać na tym osiągnięciu. Planują kontynuację badań nad podobnymi rzadkimi procesami zachodzącymi w sąsiednich nuklidach.
Czytaj też: Najcenniejszy pierwiastek świata znaleziony w USA. Ta substancja może zmienić przyszłość energetyki
Celem jest odkrycie ewentualnych systematycznych prawidłowości – być może zaobserwowany w technecie-98 proces jest częścią szerszego zjawiska występującego w innych niestabilnych jądrach atomowych. Każde takie odkrycie, choć sprawia wrażenie niewielkiego z perspektywy codziennego życia, przybliża nas do pełniejszego zrozumienia fundamentalnych sił rządzących materią na najbardziej podstawowym poziomie. W świecie fizyki jądrowej nawet najmniejsze potwierdzenie teoretycznych przewidywań stanowi ważny krok naprzód w poznawaniu praw natury.