Yeni bir ABD laboratuvarı, Dünya’da kaydedilmemiş atomların kopyalarını yaratıyor | Parçacık fiziği

Karbondan uranyuma ve oksijenden demire kadar, kimyasal elementler çevremizdeki dünyanın ve daha geniş evrenin yapı taşlarıdır. Şimdi, fizikçiler, daha önce Dünya’da hiç kaydedilmemiş binlerce garip ve kararsız atom versiyonunu yaratacak yeni bir tesisin açılmasıyla, kökenlerine eşi görülmemiş bir bakış atmayı umuyorlar.

İzotoplar olarak bilinen bu versiyonları inceleyerek, yaratılan etkileşimler hakkında yeni anlayışlar kazanmayı umuyorlar. Süpernova içindeki elementler, aynı zamanda bir atomun çekirdeğinde protonları ve nötronları birbirine bağlayan doğadaki dört temel kuvvetten biri olan “güçlü kuvvet” hakkındaki teorileri test etmenin yanı sıra. Tesis ayrıca tıbbi kullanım için yeni analoglar üretebilir.

Atomlar proton, nötron ve elektronlardan oluşur. Proton sayısı bir atomun kimyasal davranışını ve hangi element olduğunu belirler – örneğin karbon her zaman altı protona sahiptir, altın 79 – aynı elementin farklı sayıda nötron içeren atomlarına izotop denir.

Birçok izotop kararsız olduğundan ve hızla -bazen milisaniyeler içinde- bozunduğundan, bilim adamları var olduğu düşünülen bu izotopların yalnızca küçük bir yüzdesini incelediler.

Michigan Eyaletindeki Nadir İzotop Işınları Tesisi’nin (FRIB) bilimsel direktörü Profesör Bradley Sherrill, “Dünya’da bulunan 285 element izotopu var, ancak uranyum bile olsa 10.000 element izotopu olduğunu düşünüyoruz” dedi. Üniversite resmen 2 Mayıs’ta açıldı. “FRIB’nin amacı, teknolojinin izin verdiği ölçüde bu geniş manzaraya diğer emsallerden daha fazla erişim sağlamaktır.”

Bu “nadir izotoplardan” bazıları, elementlerin oluşumu için çok önemli reaksiyonlara yol açabilir, bu nedenle fizikçiler, onları inceleyerek, buraya nasıl geldiğimiz de dahil olmak üzere, evrenin kimyasal tarihini daha iyi anlamayı umuyorlar.

Elementlerin büyük çoğunluğunun süpernovalardan kaynaklandığı düşünülüyor, ancak “çoğu durumda hangi yıldızların hangi elementleri yarattığını bilmiyoruz, çünkü bu etkileşimler kararsız izotoplar içeriyor – bunlar kolayca ele geçiremeyeceğimiz şeyler” dedi Profesör. Surrey Üniversitesi’nden nükleer fizikçi Gavin Lotay, yeni tesisi nötron yıldızlarının içindeki X-ışını patlamaları olarak adlandırılan yaygın patlamaları araştırmak için kullanmayı planlıyor.

Diğer bir amaç, atom çekirdeklerini, yıldızlar için enerji üretiminde oynadıkları role veya nükleer santrallerde meydana gelen reaksiyonlara dair yeni anlayışlar sağlayabilecek kapsamlı bir model geliştirecek kadar iyi anlamaktır.

Tesis ayrıca tıbbi açıdan faydalı analoglar üretebilir. Doktorlar zaten radyoizotopları evcil hayvan muayenelerinde ve bazı radyoterapi türlerinde kullanıyorlar, ancak daha fazla izotop keşfetmek tanısal görüntülemeyi iyileştirmeye yardımcı olabilir veya tümörleri bulup yok etmek için yeni yollar sağlayabilir.

Bu izotopları üretmek için, FRIB bir atom çekirdeği demetini ışık hızının yarısına kadar hızlandıracak ve onu 450 metrelik bir tüpe gönderecek, ardından bazı atomları daha küçük proton ve nötron gruplarına ayıran bir hedefe çarpacak. Bir dizi mıknatıs daha sonra istenen izotopları filtreleyecek ve daha fazla çalışma için onları deney odalarına yönlendirecektir.

“Saniyenin milyonda biri içinde, belirli bir izotop seçip onu bir deneye gönderebiliriz. [scientists] Sherrill, “Onu yakalayabilir ve radyoaktif bozunmasını izleyebilir veya başka bir nükleer reaksiyonu indüklemek için kullanabilir ve bu reaksiyon ürünlerini bize izotopun yapısı hakkında bir şeyler anlatmak için kullanabiliriz.” Dedi.

İlk deneyler, flor, alüminyum, magnezyum ve neonun mümkün olan en ağır izotoplarını yapmayı ve radyoaktif bozunma hızlarını mevcut modellerle tahmin edilenlerle karşılaştırmayı içerecektir. Cheryl, “Gözlemlerimizin beklediğimizle tutarlı olması şaşırtıcı olurdu.” Dedi. “Muhtemelen aynı fikirde olmayacaklar ve sonra bu anlaşmazlığı modellerimizi geliştirmek için kullanacağız.”

Yaklaşık bir ay sonra, FRIB araştırmacıları, nötron yıldızlarında var olduğuna inanılan izotopların radyoaktif bozunmasını ölçmeyi planlıyorlar – büyük bir yıldızın yakıtı tükendiğinde ve çöktüğünde oluşan evrendeki en yoğun nesnelerden bazıları – davranışlarını daha iyi anlamak için.

Cheryl, “Son olarak, insanların 30 yıldır bekledikleri araştırmayı yapmalarını sağlayacak araçlara sahibiz” dedi. “Bu, evreni her zamankinden daha fazla görebilen yeni, daha büyük bir teleskopa sahip olmak gibi – sadece nükleer manzarayı daha önce bakabildiğimizden daha fazla görebileceğiz. Ne zaman böyle yeni bir enstrümanınız olursa, potansiyel var. keşif için.”