Hayatta Kalmak İçin Protonlarını Kaybeden Çekirdek Keşfedildi
Yaklaşık 30 yıldır ilk kez bilim insanları proton emisyonuna uğrayan en ağır atom çekirdeğini tespit etti. Astatin-188 (188At) izotopu 85 proton ve 103 nötron içeriyor.
Çekirdeğin kararlılığa doğru hareket etmek için tek bir proton kaybettiği nadir bir radyoaktif bozunma türü olan proton dışarı atılarak bozunur.
Bu keşif, Finlandiya’daki Jyväskylä Üniversitesi’nin Hızlandırıcı Laboratuvarı’nda, bir füzyon-buharlaştırma reaksiyonu kullanılarak yapıldı : bir stronsiyum-84 iyon demeti, bir gümüş-107 hedefine çarptı. RITU geri tepme ayırıcısı daha sonra tespitten önce yeni izotopu izole etti .
Jyväskylä’da doktora araştırmacısı olan Henna Kokkonen, “Proton emisyonu, çekirdeğin kararlılığa doğru bir adım atmak için bir proton yaydığı nadir bir radyoaktif bozunma biçimidir” şeklinde açıklıyor.
En ağır proton yayan çekirdek
Bundan önce bilinen en ağır proton yayıcısı, 1996 yılında keşfedilen bizmut-185’ti . Bu çekirdek sadece 60 mikrosaniyede bozunuyordu, ancak daha sonraki deneyler bunu yaklaşık 2,8 μs’ye düzeltti.
Buna karşılık, 188At’nin proton emisyon yarı ömrünün yaklaşık 190 (-80 +350) mikrosaniye olduğu ölçüldü. Sadece iki bozunma olayını tespit edip zamanlamak, bu son derece geçici süreci doğrulamayı mümkün kıldı.
Proton teorisi çekirdeğin keşfine yol açtı
Proton emisyonu ilk olarak 1970’lerde gözlemlendi ve erken keşifler kobalt-53 ve lutesyum-151 gibi izotopları içeriyordu .
Bu bulgular, atom çekirdeklerinin alfa parçacıkları gibi sadece kümeler halinde değil, tek tek protonları kaybederek de bozunabileceğini doğruladı.
Araştırma ayrıca , parçacıkların görünüşte olmaması gereken engellerden kaçabilme yeteneği olan kuantum tünellemenin , aşırı nükleer ortamlardaki tek protonlar için de geçerli olduğunu gösterdi.
Zamanla bozunma spektroskopisi ve dedektör teknolojisindeki ilerlemeler, araştırmacıların giderek daha ağır ve daha kısa ömürlü izotoplardan proton emisyonunu gözlemlemelerine olanak tanıdı.
Her tespit, çoğunlukla laboratuvarda üretilen bir avuç atomdan oluşan nadir bozunma olaylarının yüksek hassasiyetle izlenmesini içerir.
188At keşfini bu kadar önemli kılan şey, deneysel nükleer fizikte onlarca yıldır devam eden istikrarlı ilerlemenin üzerine inşa edilmiş olmasıdır.
Nadir izotopların peşinde
188At gibi egzotik izotoplar üretmek yoğun çaba, gelişmiş ekipman ve şans gerektirir. Bu deneyde kullanılan füzyon-buharlaştırma süreci, milyarlarca diğer parçacık arasında istenen çekirdeğin sadece birkaç atomunu üretir.
Araştırmacılar daha sonra bu geçici sinyalleri kaybolmadan önce filtrelemeli, tespit etmeli ve doğrulamalıdır. 188At’yi tanımlamak için Jyväskylä’daki ekip GREAT spektrometresini ve bozunma olaylarını milisaniyenin altında bir hassasiyetle yakalamak için bir silikon şerit dedektörü kullandı.
Sinyalin nadirliği, sadece iki doğrulanmış bozunmadan oluşması, deneysel kurulumun başarı için ne kadar hassas olması gerektiğini göstermektedir.
Küresel ekip çalışması bunu mümkün kıldı?
188At’ın keşfi tek bir laboratuvarın veya disiplinin işi değildi. Birkaç kurumdaki deneysel fizikçiler, nükleer teorisyenler ve mühendisler arasında geniş bir iş birliğini içeriyordu.
Her biri, ışın üretimi ve izotop ayrımından çekirdeğin kuantum modellemesine kadar belirli uzmanlıklar getirdi.
Kaynakları ve yöntemleri bir araya getirerek ekip, önceki tespit sınırlarının ötesine geçebildi. Bu tür sınır ötesi projeler, tek bir kurumun tek başına çalışmak için tüm araçlara veya verilere sahip olmadığı fizik sınırlarında fenomenleri incelemek için giderek daha gerekli hale geliyor.
Egzotik şekiller ve beklenmedik bağlama
Teorik çalışma, 188At’nin neden bu şekilde bozunduğunu açıklamaya yardımcı oluyor. Bilim insanları, adiabatik olmayan bir kuasi parçacık modelini çok ağır çekirdekleri de kapsayacak şekilde genişletti.
Model, protonun kuvvetlice prolat veya uzunlamasına şekilli bir çekirdekten çıktığını gösteriyor.
Bu tür düşük açısal momentumlu proton durumları ayrıca değerlik protonunun çekirdekten daha uzakta yer aldığı ve pozitif yük tarafından daha az itildiği Thomas -Ehrman kaymasını da vurgular.
Şimdiye kadar bu kayma ağır çekirdeklerde görülmemişti. Ancak 188At, tek proton ayırma enerjisinin beklenen eğilimden belirgin şekilde saptığını gösteriyor. Bu muhtemelen yüksek atom kütlesinde Thomas-Ehrman etkisinin ilk kanıtıdır.
Bunun önemi nedir?
188At’ı bulmak , proton damlama hattının kenarındaki nükleer kararlılık anlayışımızı genişletiyor – daha fazla proton eklemenin anında bozunmaya zorladığı nokta. Her yeni vaka nükleer modelleri ve maddenin sınırlarını test ediyor.
Kokkonen, “İzotop keşifleri dünya çapında nadirdir ve tarih yazmanın bir parçası olma fırsatını ikinci kez yakaladım… Maddenin sınırları ve atom çekirdeğinin yapısı hakkındaki anlayışı geliştiren bir araştırma yapmak harika bir duygu” dedi.
Jyväskylä’da araştırma görevlisi olan Kalle Auranen, “Çekirdek, doğal gümüş hedefin 84Sr iyon ışınıyla ışınlanmasıyla bir füzyon-buharlaştırma reaksiyonunda üretildi. Yeni izotop, RITU geri tepme ayırıcısının dedektör düzeneği kullanılarak tanımlandı” dedi.
Nükleer modellerin şekillendirilmesi
188At gibi keşifler yalnızca dönüm noktaları değil, aynı zamanda bilim insanlarının çekirdeği modelleme biçimini yeniden şekillendirmeye yardımcı oluyor.
Bu izotoptaki protonun davranışı, adiabatik olmayan kuazi parçacık modelinde , aşırı deformasyon ve karışık spin durumlarına sahip tek-tek çekirdekleri ele alma kabiliyetini genişleten güncellemeler gerektirdi.
Bu bulgular ayrıca proton damlama hattı yakınındaki proton-nötron etkileşimlerine dair nadir içgörüler sunar. Ölçülen ayrılma enerjisi ve deformasyon, teorinin tam olarak öngöremediği eğilimlere işaret ederek, diğer nadir izotoplar ve gelecekteki keşifler için öngörücü araçların iyileştirilmesine yardımcı olur.
Tıp ve uzay biliminde kullanımlar
Kararsız izotopların nasıl davrandığını anlamak, araştırmacıların radyoaktif izotopların hedefli kanser tedavileri ve teşhisleri için tasarlandığı nükleer tıpta kullanılan modelleri geliştirmelerine yardımcı oluyor .
188At’ın kendisi klinik olarak kullanılamasa da, yapısı ve bozunma yollarından elde edilen bilgiler, izotop davranışını tahmin etmek için genel araç setine katkıda bulunur.
Bu bulgular aynı zamanda astrofizikteki modelleri, özellikle de ağır elementlerin yıldız patlamalarında nasıl oluştuğunu açıklayanları destekliyor.
Damlama hattına yakın proton açısından zengin çekirdekler , süpernova ve nötron yıldızı çarpışmaları gibi ortamlarda periyodik tablonun şekillenmesine yardımcı olan hızlı proton yakalama süreçlerini ( rp süreçleri ) etkileyebilir.
Proton çekirdeği araştırmalarının bundan sonraki aşaması nedir?
Bu çalışma, Kokkonen’in doktora araştırmasının bir parçası olup, 2023 yılında astatin-190’ı keşfetmesi üzerine kurulmuştur. Ekip, enerjisini ve ömrünü iyileştirmek için 188At bozunmalarını ölçmeye devam edecek.
Araştırmacılar ayrıca proton yayabilecek astatin-189’u üretmeyi umuyorlar. Bunu keşfetmek, en ağır proton yayıcı bölgeyi daha fazla araştırmak anlamına gelecektir.
Gelecekteki bulgular, özellikle proton açısından zengin uç noktalara ilişkin nükleer teorileri yeniden şekillendirebilir.
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: Hayatta Kalmak İçin Protonlarını Kaybeden Çekirdek Keşfedildi
Beyniniz Uykudayken Başkalarıyla Konuşabilir mi? Bu Deney Evet Diyor
Hayatta Kalmak İçin Protonlarını Kaybeden Çekirdek Keşfedildi/Hayatta Kalmak İçin Protonlarını Kaybeden Çekirdek Keşfedildi