Bằng cách cho các ion nặng va chạm, các nhà vật lý ở Mỹ đã tạo ra năm đồng vị hạt nhân chưa từng thấy trước đây. Do Oleg Tarasov tại Đại học bang Michigan, nhóm nghiên cứu đã xác định được hạt nhân trong các mảnh vụn được tạo ra do sự phân mảnh của bạch kim-198.

Gần 300 đồng vị xuất hiện tự nhiên được các nhà vật lý biết đến, trong đó có khoảng 250 đồng vị ổn định. Các nhà nghiên cứu cũng đã tạo ra khoảng 3000 đồng vị có thời gian tồn tại ngắn tại các phòng thí nghiệm như Cơ sở Chùm Đồng vị Hiếm (FRIB), một viện dựa trên máy gia tốc tại Đại học bang Michigan.

Các đồng vị tồn tại trong thời gian ngắn cũng xuất hiện một cách tự nhiên trong các sự kiện vật lý thiên văn dữ dội như vụ sáp nhập sao siêu tân tinh và sao neutron. Trong những sự kiện này, một số đồng vị này được cho là có liên quan đến quá trình bắt neutron nhanh (quá trình r), tạo ra các nguyên tố nặng như vàng.

Phần rất nhỏ

Tarasov giải thích: “Số lượng đồng vị tự nhiên là một phần rất nhỏ trong số các đồng vị có thể có và một phần rất nhỏ của số lượng tồn tại trong môi trường vật lý thiên văn khắc nghiệt với các phản ứng hạt nhân đang hoạt động”. “Câu hỏi cơ bản là: sự kết hợp nào giữa proton và neutron có thể tạo thành hạt nhân nguyên tử hoặc đồng vị hiếm?”.

Trả lời câu hỏi này là một mục tiêu của FRIB, thiết bị tạo ra đồng vị bằng cách đập các chùm ion nặng vào các mục tiêu có năng lượng lên tới 200 MeV. Nhờ sự gia tăng công suất chùm tia mới nhất, cơ sở này hiện đã sẵn sàng cung cấp khả năng tiếp cận chưa từng có đối với các đồng vị nặng, giàu neutron ở các khu vực chưa được khám phá trên biểu đồ hạt nhân.

Đối với nhóm của Tarasov, một vùng được đặc biệt quan tâm có chứa các đồng vị nhẹ hơn chì-208 một chút. Cho đến nay, những hạt nhân này tỏ ra khó nghiên cứu do năng suất sản xuất trong thí nghiệm thấp, kết hợp với khó khăn trong việc phân biệt giữa các hạt nhân khác nhau.

Sự phân mảnh đạn

Với FRIB, “các đồng vị nặng có nhiều neutron hơn proton có thể được tạo ra bằng cách phân mảnh đạn, trong đó một chùm tia nặng ổn định như đồng vị bạch kim tự nhiên được đập vào mục tiêu carbon với tốc độ bằng một nửa tốc độ ánh sáng”, Tarasov giải thích.

Để tìm ra các đồng vị mới, các nhà nghiên cứu phải đối mặt với một nhiệm vụ gồm hai phần: sắp xếp các mảnh vỡ phân mảnh theo các đồng vị khác nhau mà nó chứa và xác định rõ ràng từng đồng vị. Những thách thức này đã được khắc phục bằng cách sử dụng Máy tách đồng vị hiếm tiên tiến (ARIS) tại FRIB.

Nhìn chung, thí nghiệm phân mảnh của nhóm đã tạo ra năm đồng vị khác nhau của các nguyên tố thulium, ytterbium và lutetium, những chất chưa từng được quan sát trước đây.

Tarasov cho biết: “Việc xác định thành công các đồng vị này cho thấy khả năng phân giải cao của máy tách mảnh ARIS và tiềm năng của nó cho những khám phá trong tương lai ở vùng Z cao của bảng tuần hoàn, đặc biệt là khi cường độ chùm tia tăng lên”.

Nhóm nghiên cứu tin tưởng rằng kết quả của họ chỉ là khởi đầu cho một kỷ nguyên mới đầy thú vị cho các thí nghiệm phân mảnh. Tarasov tiếp tục: “Điều này đã được thực hiện chưa đầy một năm sau khi hoạt động FRIB bắt đầu và hứa hẹn tiềm năng khoa học to lớn khi thực hiện các phép đo tương tự với sự phân mảnh chì và uranium”.

Trong các thí nghiệm trong tương lai, Tarasov và các đồng sự sẽ hướng tới việc tạo ra hạt nhân chứa 126 neutron. Đây là một “con số kỳ diệu” và những hạt nhân này được cho là sẽ ổn định hơn những hạt nhân lân cận của chúng trên biểu đồ hạt nhân. Điều này khiến chúng trở thành mục tiêu quan trọng của các nhà vật lý thiên văn trong nghiên cứu của họ về quá trình-r. Vì vậy, nghiên cứu trong tương lai có thể cho chúng ta hiểu rõ hơn về nguồn gốc của khoảng một nửa số nguyên tố nặng hơn sắt trong vũ trụ.

Nghiên cứu được mô tả trong Physical Review Letters.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/frib-finds-five-new-isotopes-in-platinum-fragments/