Forskerne finder supertunge atomer med ny specialvægt
For første gang har forskere fundet en direkte måde at veje atomer, der er tungere end uran. Derved kan de bestemme atomernes bindingsenergi og komme et skridt nærmere på de stabile, supertunge atomer, der på kortet over proton-neutron-fordelingen i atomkernen findes i et område, der går under betegnelsen "Island of Stability".
Island of Stability er et område, hvor antallet at protoner og neutroner i atomkernen giver en særligt stabil, supertung atomkerne.
Læs også
Læs mere om
Dokumentation
Uran med 92 protoner er det tungeste atom, der naturligt er kendt i naturen. Men rundt omkring i forskningslaboratorier i blandt andet Rusland, Tyskland og USA har forskere gennem mange år dannet atomkerner med endnu flere protoner – helt op til 118.
De supertunge atomer er dog alle ustabile, og henfalder til andre grundstoffer. Men der findes en formodning om, at atomer med 120 eller 126 protoner og omkring 184 neutroner er stabile. Dem vil forskerne gerne finde - og nu har de fået en ny teknik til hjælp i deres jagt: En vægt for supertunge atomer.
Moderne alkymi
Supertunge atomer dannes ved beskydning af forholdsvis lette atomer mod mål af tungere atomer.
Eksempelvis kan man ved beskydning af bly (82 protoner) med calcium-projektiler (20 protoner) danne grundstoffet nobelium med 102 protoner.
Bruger med calcium-48 (20 protoner og 28 neutroner) som projektil, men har forskellige bly-isotoper i målet (Pb-206, Pb-207 og Pb-208) får man dannet henholdsvis No-252, No-253 og No-254.
Det er hvad en international forskergruppe anført af Michael Block fra GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung i Darmstadt i Tyskland har gjort og for nylig har beskrevet i en artikel i Nature.
Forskerne har dernæst opsamlet nobelium-isotoperne i ionfælde, en såkaldt Penning trap, hvor elektriske og magnetiske felter holder de elektriske ladede ioner på plads.
Penning traps er velkendte til at indfange ioner, men det er ikke før nu lykkedes at bruge teknikken til de supertunge atomer. Forskergruppen lykkedes med teknikken ved først at sænke ionernes hastighed ved passage gennem en heliumgas med en tryk på 60 millibar.
I tilfældet med No-252 blev en ion i sekundet indfanget i fælden ud fra en partikelstrøm, der oprindeligt var 6.000 milliarder partikler i sekundet.
Massen af atomerne i ionfælden bestemmes med teknik, der kendes som penning trap massespektroskopi - hvorved massen kan bestemmes med stor nøjagtighed.
Ved at sammenligne massen for atomkernen med summen af masserne for de enkelte protoner og neutroner får man direkte et mål for bindingsenergien ud fra Einsteins formel E = m c^2 – og dermed en bestemmelse af, hvor stabil atomkernen er.
Hidtil har man brugt indirekte metoder ud fra henfald ved udsendelse af alfa-partikler til bestemmelse af atomets egenskaber.
Island of Stability
Forskellige modeller indikerer, at atomer med 120 eller 126 protoner og omkring 184 neutroner i modsætning til andre supertunge atomer skulle være meget stabile. Dette område på proton-neutron-kortet er derfor døbt Island of Stability.
Georg Bollen fra Michigan State University skriver i en kommentar i Nature, at jo tættere man kommer på Island of Stability, jo længere vil levetiden være for de supertunge atomer, og derfor kan man ikke forlede sig på radioaktivt henfald til at bestemme egenskaber.
»Identifikation af nye supertunge atomer ved at veje dem i en Penning tap kan vise sig at være den eneste praktiske løsning,« skriver han.






