Araştırmacılar, en kısa ömürlü süper ağır çekirdek olan rutherfordium-252’yi keşfederek “kararlılık adası” haritasını iyileştirdi ve nükleer kararlılık araştırmalarını ilerletti.
GSI/FAIR, Mainz Johannes Gutenberg University, ve Mainz Helmholtz Enstitüsü araştırmacılarından oluşan ortak bir ekip, süper ağır çekirdeklerde “kararlılık adası” anlayışını geliştirdi. Bunu, şuanki kayıtlarda en kısa ömürlü süper ağır çekirdek olarak tanımlanan süper ağır rutherfordium-252 çekirdeğini hassas bir şekilde ölçerek başardılar. Bulguları Physical Review Letters dergisinde yayımlandı ve “Editörün Önerisi” olarak kabul edildi.
Güçlü nükleer kuvvet içindeki protonları ve nötronları birbirine bağlar. Ancak protonların yükü, aşırı sayıda protona sahip çekirdeklerin dengesini bozabilecek bir itme kuvveti oluşturur. Bu içsel kararsızlık, yeni süper ağır elementlerin sentezlenmesinde önemli zorluklar yaratmaktadır.
“Sihirli sayılar” olarak adlandırılan belirli proton ve nötron kombinasyonları, çekirdeklere ek kararlılık kazandırır. Bu sihirli kombinasyonlar dikkate alındığında, 1960’lara kadar uzanan teorik çalışmalar, kararsız süper ağır çekirdekler denizinde, çok uzun ömürlerin elde edilebileceği, hatta Dünya’nın yaşına yaklaşan bir kararlılık adası öngörmektedir.
Bu ada kavramı, 184 nötronluk bir sonraki sihirli sayıya yaklaşıldıkça şu anda bilinen en ağır çekirdeklerde artan yarı ömürlerin gözlemlenmesiyle doğrulanmıştır. Bununla birlikte, bu adanın zirvesinin yeri, yüksekliği ve adanın uzantısı hala bilinmemektedir.
İstikrar Adasının Haritalanması
GSI/FAIR, Mainz Johannes Gutenberg Üniversitesi (JGU) ve Mainz Helmholtz Enstitüsü (HIM) araştırmacıları, rutherfordium (Rf, element 104) çekirdeklerinde adanın kıyı şeridinin konumunu işaret eden, şimdiye kadar bilinen en kısa ömürlü süper ağır çekirdeği keşfederek bu adanın haritasını çıkarmaya bir adım daha yaklaştılar.
Deneysel tespite izin vermek için, süper ağır çekirdeklerin minimum ömrü saniyenin milyonda biri mertebesindedir, bu da kararsızlık denizi civarındaki son derece kısa ömürlü süper ağır çekirdekleri erişilemez kılar. Ancak bir hile var: Bazen, kuantum etkileriyle stabilize edilen uyarılmış durumlar daha uzun yaşam süreleri gösterir ve kısa ömürlü çekirdeklere bir kapı açar.
Yayının ilk yazarı Dr. Khuyagbaatar Jadambaa, “İzomerler olarak adlandırılan bu tür uzun ömürlü uyarılmış durumlar, hesaplamalarıma göre deforme olmuş şekle sahip süper ağır çekirdeklerde yaygındır” diyor. “Böylece kararlılık adası resmini, kararsızlık denizi üzerinde gezinen ‘kararlılık bulutları’ ile zenginleştiriyorlar.”
Rutherfordium-252’nin Tespit Edilmesi
Darmstadt ve Mainz’dan araştırma ekibi, şimdiye kadar bilinmeyen Rf-252 çekirdeğini arayarak bu tahminleri incelemeyi başardı. Araştırmacılar GSI/FAIR’in UNILAC hızlandırıcısında bulunan yoğun bir titanyum-50 demetini kullanarak titanyum çekirdeklerini bir hedef folyo üzerine yerleştirilmiş kurşun çekirdekleriyle kaynaştırdı.
Toplamda, 13 mikrosaniye yarı ömürle fisyon yoluyla bozunan 27 Rf-252 atomu tespit edildi. GSI/FAIR’ın Deney Elektroniği departmanı tarafından geliştirilen hızlı dijital veri toplama sistemi sayesinde, Rf-252m izomerinin implantasyonundan sonra yayılan ve temel duruma bozunması sırasında serbest kalan elektronlar tespit edildi.
Tüm vakalarda, 250 nanosaniye içinde müteakip bir fisyon izledi. Bu verilerden, şu anda bilinen en kısa ömürlü süper ağır çekirdek olan Rf-252’nin temel durumu için 60 ns’lik bir yarı ömür çıkarılmıştır.
“Sonuç, en ağır çekirdeklerin bilinen yaşam sürelerinin alt sınırını, uygun izomer durumlarının yokluğunda doğrudan ölçüm için çok kısa olan sürelere kadar neredeyse iki büyüklük mertebesi kadar azaltmaktadır. GSI/FAIR’de süper ağır element kimyası araştırma departmanı başkanı Profesör Christoph E. Düllmann, “Mevcut bulgular, bu tür izomer durumları, uyarılmış durumların temel durumdan daha kararlı olduğu ters fisyon kararlılığı ve en ağır çekirdeklerdeki izotopik sınır ile ilişkili fenomenlerin daha fazla araştırılması için yeni bir ölçüt oluşturuyor” diyor.
Gelecekteki deneysel kampanyalarda, bir sonraki daha ağır element olan seaborgium’da (Sg, element 106) ters fisyon kararlılığına sahip izomerik durumların ölçülmesi ve izotopik sınırı daha da haritalamak için mikrosaniyenin altında yaşam sürelerine sahip Sg izotoplarının sentezi için kullanılması öngörülmektedir. Bu sonuç aynı zamanda Darmstadt’ta inşaatı devam eden uluslararası FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) tesisi için de yeni perspektifler açmaktadır.
Haber Kaynağı: scitechdaily.com/scientists-discover-shortest-lived-superheavy-nucleus-ever-recorded/
Haberi Derleyen: Elif Gül Türkmen / Eskişehir Teknik Üniversitesi / Yüksek Lisans Öğrencisi