Η ερευνητική ομάδα δημιουργεί το ελαφρύτερο ισότοπο μαγνησίου στον κόσμο μέχρι σήμερα


Πείτε γεια σε ένα ισότοπο που σημειώνει ρεκόρ

Εικόνα που αντιπροσωπεύει το νέο ισότοπο μαγνήσιο-18. Credit: SM Wang / Fudan University and Facility for Rare Isotope Beams

Σε συνεργασία με μια διεθνή ομάδα ερευνητών, το Michigan State University (MSU) βοήθησε στη δημιουργία της ελαφρύτερης έκδοσης —ή ισοτόπου— του μαγνησίου στον κόσμο μέχρι σήμερα.


Σφυρηλατημένο στο Εθνικό Εργαστήριο Υπεραγώγιμων Κυκλοτρόνων στο MSU, ή NSCL, αυτό το ισότοπο είναι τόσο ασταθές που καταρρέει προτού οι επιστήμονες μπορέσουν να το μετρήσουν απευθείας. Ωστόσο, αυτό το ισότοπο που δεν ενδιαφέρεται να υπάρχει μπορεί να βοηθήσει τους ερευνητές να κατανοήσουν καλύτερα πώς δημιουργούνται τα άτομα που ορίζουν την ύπαρξή μας.

Με επικεφαλής ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Πεκίνου στην Κίνα, η ομάδα περιελάμβανε επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον στο Σεντ Λούις, το MSU και άλλα ιδρύματα.

«Ένα από τα μεγάλα ερωτήματα που με ενδιαφέρουν είναι από πού προέρχονται τα στοιχεία του σύμπαντος», είπε ο Κάιλ Μπράουν, επίκουρος καθηγητής χημείας στο Facility for Rare Isotope Beams ή FRIB. Ο Μπράουν ήταν ένας από τους ηγέτες της νέας μελέτης, που δημοσιεύτηκε διαδικτυακά στις 22 Δεκεμβρίου από το περιοδικό Επιστολές Φυσικής Ανασκόπησης.

“Πώς κατασκευάζονται αυτά τα στοιχεία; Πώς συμβαίνουν αυτές οι διαδικασίες;” ρώτησε ο Μπράουν.

Το νέο ισότοπο δεν θα απαντήσει από μόνο του σε αυτές τις ερωτήσεις, αλλά μπορεί να βοηθήσει στη βελτίωση των θεωριών και των μοντέλων που αναπτύσσουν οι επιστήμονες για να εξηγήσουν τέτοια μυστήρια.

Η γη είναι γεμάτη φυσικά , σφυρηλατημένο εδώ και πολύ καιρό στα αστέρια, που έκτοτε έχει γίνει βασικό συστατικό της διατροφής μας και των μεταλλικών στοιχείων στον φλοιό του πλανήτη. Αλλά αυτό το μαγνήσιο είναι σταθερό. Ο ατομικός πυρήνας ή ο πυρήνας του δεν καταρρέει.

Το νέο ισότοπο μαγνησίου, ωστόσο, είναι πολύ ασταθές για να βρεθεί στη φύση. Αλλά χρησιμοποιώντας επιταχυντές σωματιδίων για να γίνει όλο και πιο εξωτικό όπως αυτό, οι επιστήμονες μπορούν να ωθήσουν τα όρια των μοντέλων που βοηθούν να εξηγήσουν πώς χτίζονται όλοι οι πυρήνες και μένουν μαζί.

Αυτό, με τη σειρά του, βοηθά στην πρόβλεψη του τι συμβαίνει σε ακραία κοσμικά περιβάλλοντα που μπορεί να μην μπορέσουμε ποτέ να μιμηθούν απευθείας ή να μετρήσουμε από τη Γη.

«Δοκιμάζοντας αυτά τα μοντέλα και κάνοντας τα όλο και καλύτερα, μπορούμε να επεκτείνουμε το πώς λειτουργούν τα πράγματα εκεί που δεν μπορούμε να τα μετρήσουμε», είπε ο Μπράουν. «Μετράμε τα πράγματα που μπορούμε να μετρήσουμε για να προβλέψουμε αυτά που δεν μπορούμε».

Το NSCL βοηθά τους επιστήμονες σε όλο τον κόσμο να κατανοήσουν περαιτέρω την ανθρωπότητα για το σύμπαν από το 1982. Το FRIB θα συνεχίσει αυτή την παράδοση όταν ξεκινήσουν τα πειράματα το 2022. Το FRIB είναι μια εγκατάσταση χρήστη του Υπουργείου Ενέργειας του Γραφείου Επιστήμης των ΗΠΑ (DOE-SC), που υποστηρίζει την αποστολή του DOE -SC Γραφείο Πυρηνικής Φυσικής.

«Το FRIB πρόκειται να μετρήσει πολλά πράγματα που δεν μπορέσαμε να μετρήσουμε στο παρελθόν», είπε ο Μπράουν. “Έχουμε στην πραγματικότητα ένα εγκεκριμένο πείραμα που θα εκτελεστεί στο FRIB. Και θα πρέπει να είμαστε σε θέση να δημιουργήσουμε έναν άλλο πυρήνα που δεν έχει γίνει πριν.”

Προχωρώντας σε αυτό το μελλοντικό πείραμα, ο Brown έχει συμμετάσχει σε τέσσερα διαφορετικά έργα που έχουν δημιουργήσει νέα ισότοπα. Αυτό περιλαμβάνει το νεότερο, το οποίο είναι γνωστό ως μαγνήσιο-18.

Όλα τα άτομα μαγνησίου έχουν 12 πρωτόνια μέσα στους πυρήνες τους. Προηγουμένως, η ελαφρύτερη έκδοση μαγνησίου είχε 7 νετρόνια, δίνοντάς της συνολικά 19 πρωτόνια και νετρόνια—εξ ου και η ονομασία του ως μαγνήσιο-19.

Πείτε γεια σε ένα ισότοπο που σημειώνει ρεκόρ

Εικόνα που αντιπροσωπεύει το νέο ισότοπο μαγνήσιο-18. Πίστωση: SM Wang / Πανεπιστήμιο Fudan και εγκατάσταση για σπάνιες δέσμες ισοτόπων

Για να φτιάξει το μαγνήσιο-18, το οποίο είναι ελαφρύτερο κατά ένα νετρόνιο, η ομάδα ξεκίνησε με μια σταθερή έκδοση μαγνησίου, το μαγνήσιο-24. Το κυκλοτρόνιο στο NSCL επιτάχυνε μια δέσμη πυρήνων μαγνησίου-24 στο μισό περίπου της ταχύτητας του φωτός και έστειλε αυτή τη δέσμη σε έναν στόχο, ο οποίος είναι ένα μεταλλικό φύλλο κατασκευασμένο από το στοιχείο βηρύλλιο. Και αυτό ήταν μόνο το πρώτο βήμα.

«Αυτή η σύγκρουση σας δίνει μια δέσμη διαφορετικών ισοτόπων ελαφρύτερα από το μαγνήσιο-24», είπε ο Μπράουν. «Αλλά από αυτή τη σούπα, μπορούμε να επιλέξουμε το ισότοπο που θέλουμε».

Σε αυτή την περίπτωση, αυτό το ισότοπο είναι το μαγνήσιο-20. Αυτή η έκδοση είναι ασταθής, που σημαίνει ότι αποσυντίθεται, συνήθως μέσα σε δέκατα του δευτερολέπτου. Έτσι, η ομάδα είναι σε ένα ρολόι για να πείσει αυτό το μαγνήσιο-20 να συγκρουστεί με έναν άλλο στόχο βηρυλλίου περίπου 30 μέτρα, ή 100 πόδια, μακριά.

«Αλλά ταξιδεύει με τη μισή ταχύτητα του φωτός», είπε ο Μπράουν. «Φτάνει εκεί πολύ γρήγορα».

Είναι αυτή η επόμενη σύγκρουση που δημιουργεί το μαγνήσιο-18, το οποίο έχει μια ζωή κάπου στο πάρκο του ενός εκατομμυρίου του δευτερολέπτου. Αυτός είναι τόσο σύντομος χρόνος που το μαγνήσιο-18 δεν καλύπτεται με ηλεκτρόνια για να γίνει ένα πλήρες άτομο πριν διαλυθεί. Υπάρχει μόνο ως γυμνός πυρήνας.

Στην πραγματικότητα, είναι τόσο σύντομο χρονικό διάστημα που το μαγνήσιο-18 δεν φεύγει ποτέ από τον στόχο του βηρυλλίου. Το νέο ισότοπο διασπάται μέσα στο στόχο.

Αυτό σημαίνει ότι οι επιστήμονες δεν μπορούν να εξετάσουν απευθείας το ισότοπο, αλλά μπορούν να χαρακτηρίσουν ενδεικτικά σημάδια της διάσπασής του. Το μαγνήσιο-18 εκτοξεύει πρώτα δύο πρωτόνια από τον πυρήνα του για να γίνει νέο-16, το οποίο στη συνέχεια εκτοξεύει άλλα δύο πρωτόνια για να γίνει οξυγόνο-14. Αναλύοντας τα πρωτόνια και το οξυγόνο που διαφεύγουν από τον στόχο, η ομάδα μπορεί να συμπεράνει τις ιδιότητες του μαγνησίου-18.

“Αυτή ήταν μια ομαδική προσπάθεια. Όλοι δούλεψαν πολύ σκληρά σε αυτό το έργο”, είπε ο Brown. “Είναι αρκετά συναρπαστικό. Δεν είναι κάθε μέρα που οι άνθρωποι ανακαλύπτουν ένα νέο ισότοπο.”

Τούτου λεχθέντος, οι επιστήμονες προσθέτουν νέες καταχωρήσεις κάθε χρόνο στη λίστα των γνωστών ισοτόπων, που ανέρχονται σε χιλιάδες.

«Προσθέτουμε σταγόνες σε έναν κουβά, αλλά είναι σημαντικές σταγόνες», είπε ο Μπράουν. «Μπορούμε να βάλουμε τα ονόματά μας σε αυτό, μπορεί όλη η ομάδα. Και μπορώ να πω στους γονείς μου ότι βοήθησα να το ανακαλύψουν που κανείς άλλος δεν έχει ξαναδεί».



Περισσότερες πληροφορίες:
Y. Jin et al, First Observation of the Four-Proton Undound Nucleus Mg18, Επιστολές Φυσικής Ανασκόπησης (2021). DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.262502

Παραπομπή: Η ερευνητική ομάδα δημιουργεί το ελαφρύτερο ισότοπο μαγνησίου στον κόσμο μέχρι σήμερα (2021, 23 Δεκεμβρίου) που ανακτήθηκε στις 23 Δεκεμβρίου 2021 από https://phys.org/news/2021-12-team-world-lightest-isotope-magnesium.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από κάθε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν επιτρέπεται να αναπαραχθεί χωρίς τη γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.



Source link

By koutsobolis

koutsobolis.com

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.