Fizikte Yeni Bir Dönüm Noktası: FRIB ile Elementlerin Yepyeni Yüzleri
Fizikçiler, ağır nadir toprak elementlerinin yeni izotoplarını keşfettiler. Atom çekirdeğini oluşturan parçacıkların daha önce hiç görülmemiş oranları, ağır elementlerin parçalanmasını içeren dönüm noktası niteliğindeki bir deneyde ortaya çıktı.
Michigan Eyalet Üniversitesi’nden Oleg Tarasov liderliğindeki araştırmacılar, platin çekirdeğini parçalayarak tulyum, iterbiyum ve lutesyumun yeni izotoplarını keşfettiler. Bu, bilim insanlarının nötron zengini çekirdeklerin özelliklerini ve nötron yıldızlarının çarpışmasında yeni elementler oluşturan süreçleri anlamalarına yardımcı olabilecek bir başarıdır.
Araştırmacılar, Michigan Eyalet Üniversitesi’nin yakın zamanda tamamladığı Nadir İzotop Işınları Tesisi’nin (FRIB) gücünü de ortaya koyduklarını belirtiyorlar.
Bir elementin tüm formları aynı şekilde inşa edilmemiştir. Her atom çekirdeği, protonlar ve nötronlar olarak bilinen bir dizi atom altı parçacıktan oluşur. Proton sayısı bir elementin tüm formlarında tutarlıdır ve o elemente atom numarasını verir.
Ancak nötronların sayısı değişebilir. Bu farklılıklar bir elementin izotoplarını belirler.
Tüm elementler, farklı kararlılık seviyelerinde oluşan bir dizi izotopa sahiptir. Bazıları olağanüstü bir hızla bozunarak iyonlaştırıcı radyasyonla daha hafif elementlere dönüşür. Bazıları ise mükemmel bir kararlılık içinde takılır. Farklı izotopları ve nasıl davrandıklarını anlamak, bilim insanlarının Evren’in elementlerini nasıl oluşturduğunu anlamalarına ve bu elementlerin uzay ve zaman içindeki bolluklarını tahmin etmelerine yardımcı olur.
Tarasov ve meslektaşları, 198Pt adı verilen 120 nötronlu bir platin izotopu kullanarak çalışmalarına başladılar. Standart platin 117 nötrona sahiptir; daha ağır bir izotop kullanmak çekirdeğin parçalanma şeklini değiştirebilir.
Bu atomları, atom çekirdeklerini parçalamak için ağır iyon hızlandırıcı kullanan FRIB’ye yerleştirdiler. Nadir izotoplardan oluşan demetler, ışık hızının yarısından daha yüksek hızlarda bir hedefe doğru ateşlendi. Hedefe çarptıklarında, bu izotoplar daha hafif çekirdek izotoplarına parçalandı; fizikçiler daha sonra bu izotopları tespit edebilir ve inceleyebilir.
Tarasov’un ekibi, 198Pt’nin parçalanması sonucu 113 ve 114 nötronlu 182Tm ve 183Tm’yi keşfetti; standart tulyumun 69 nötronu vardır. Ayrıca sırasıyla 116 ve 117 nötronlu 186Yb ve 187Yb’yi buldular; standart iterbiyum 103 nötrona sahiptir. Son olarak, 119 nötronlu 190Lu’yu buldular; standart lutesyumun 104 nötronu vardır.
Bu izotopların her biri hızlandırıcının birden fazla çalışmasında görüldü. Araştırmacılar bunun, FRIB’in şimdiye kadar oldukça ihmal edilmiş rejimlerde ağır elementlerin nötron bakımından zengin izotoplarının sentezini incelemek için kullanılabileceği anlamına geldiğini söylüyorlar – ilgi eksikliği değil, bunları yaratma ve tespit etme yeteneği.
Bu da şiddetli kozmik olayların Evren’deki en ağır elementleri nasıl oluşturduğunu anlamamıza yardımcı olabilir. Evrende demirden daha ağır olan herhangi bir şey ancak aşırı koşullarda, örneğin süpernovalarda ve nötron yıldızları arasındaki çarpışmalarda görülenler gibi, yaratılabilir.
Nötron yıldızı çarpışmalarında görülen bir nükleosentez süreci hızlı nötron yakalama süreci ya da r-sürecidir. Bu süreç, atom çekirdeklerinin kilonova patlaması sırasında serbest kalan nötronları hızla yakalayarak daha ağır bir elemente dönüşmeye başlamasıyla gerçekleşir. Altın, stronsiyum, platin ve diğer ağır metaller bu şekilde elde edilir.
Ekibin deneyinin r-sürecini yeniden üretmeye çok yaklaştığını söylüyorlar. Bu, çok yakında elimizde Evren’in sunduğu en şiddetli olaylardan bazılarında görülen nükleosentez yollarından birini kopyalayabilecek bir araca sahip olabileceğimiz anlamına geliyor.
Araştırmacılar, “FRIB’in Ulusal Süperiletken Siklotron Laboratuvarı’nda mevcut olanları aşan enerjilerde çok yoğun birincil ışınlar da dahil olmak üzere benzersiz yetenekleri, onu nötron sayısı N = 126 ve ötesindeki bölgeyi keşfetmek için ideal bir tesis haline getiriyor” diye yazıyorlar.
“FRIB’deki araştırmacılar bu reaksiyonları yeni izotoplar üretmek, tanımlamak ve özelliklerini incelemek için kullanarak nükleer fizik, astrofizik ve maddenin temel özelliklerine ilişkin anlayışımızdaki gelişmelere katkıda bulunabilirler.”
Derleyen: Deniz KAFKAS
Kaynak: Fizikte Yeni Bir Dönüm Noktası: FRIB ile Elementlerin Yepyeni Yüzleri
Gezegenlerarası Maceranın İlk Adımı: Mini Ay’lar İle Yıldızlararası Yolculuğa Kapı mı Aralıyor
Gezegenlerarası Maceranın İlk Adımı: Mini Ay’lar İle Yıldızlararası Yolculuğa Kapı mı Aralıyor