Karpuz Şeklindeki Atomun En Alışılmadık Şekilde Parçalandığı Görüldü

85 proton ve sadece 103 nötrona sahip bu atom çekirdeği, bu şekilde bozunan bilinen en ağır çekirdek olmasının yanı sıra element astatinin (At) bilinen en hafif izotopu olma özelliğini de taşıyor.

Astatin, Dünya’da yalnızca daha ağır elementlerin bozunma ürünü olarak ortaya çıkıyor ve asla uzun süre varlık göstermiyor. Tüm izotopları radyoaktif ve kısa ömürlü; yarı ömürleri saatlerden nanosaniyelere kadar değişiyor. Bu durum astatini, Dünya kabuğunda doğal olarak bulunan en nadir element yapıyor. Herhangi bir anda küresel ölçekte yalnızca 1 gramdan azının, o da geçici izler halinde bulunduğu tahmin ediliyor.

Yeni çalışmada araştırmacılar, tipik olmayan bir yolla – proton yayılımıyla bozunan yeni bir astatin izotopu tanıtıyor. Çekirdekler genellikle nötron ve protonları birlikte alfa parçacıkları şeklinde ya da elektron veya pozitron yayılımıyla beta bozunması yoluyla parçalanıyor.

“Proton yayılımı, çekirdeğin kararlılığa bir adım atmak için bir proton yaydığı nadir bir radyoaktif bozunma biçimidir,” diyor çalışmanın ilk yazarı, Finlandiya Jyväskylä Üniversitesi’nden nükleer fizikçi Henna Kokkonen.

Bu tür egzotik çekirdekleri – yani olağandışı proton ve nötron sayılarına sahip, aşırı kararsız ve hızla bozunmaya eğilimli atom çekirdeklerini – incelemek kolay değil. Bu kısa ömürlülük, diğer etkenlerle birlikte, onları oluşturmak ve araştırmak için sofistike yöntemler gerektiriyor.

Kokkonen ve meslektaşları bu yeni çekirdeği Jyväskylä Üniversitesi Hızlandırıcı Laboratuvarı’nda, iki çekirdeğin çarpışarak birleştiği ve ardından kararlılık arayışıyla parçacıklar saçtığı bir füzyon-buharlaşma tepkimesi kullanarak ürettiler.

“Çekirdek, doğal gümüş hedefin 84Sr iyon ışınıyla ışınlanmasıyla bir füzyon-buharlaşma tepkimesinde üretildi,” diyor Jyväskylä Üniversitesi’nden nükleer fizikçi Kalle Auranen, laboratuvarın siklotron parçacık hızlandırıcısından yayılan stronsiyum ışınına atıfta bulunarak.

Bu tepkimeden geriye kalan kalıntılar, laboratuvarın gaz dolu geri tepmeli ayırıcı ünitesiyle izole edildi ve ardından bir spektrometre ve çift dedektör aracılığıyla analiz edildi.

Deneysel verileri yorumlamaya yardımcı olmak için araştırmacılar, nükleer fiziğin deforme olmuş çekirdeklerin yapısını ve işleyişini aydınlatan kuramsal çerçevesi olan adyabatik olmayan kuaziparçacık modelini de genişlettiler.

Model, ölçülen bozunma hızını doğru şekilde yeniden üretti; bu da çekirdeğin muhtemelen iki kutbu arasındaki mesafenin ekvator çapını aştığı, yuvarlak bir nesne olan prolât sferoit olduğunu gösteriyor.

Başka bir deyişle, çekirdek karpuz şeklinde.

Bu şeklin kesin nedenleri belirsizliğini koruyor, ancak daha derin gizemlere işaret ediyor olabilir, diyor araştırmacılar.

“Çekirdeğin özellikleri, değerlik protonunun bağlanma enerjisinde bir eğilim değişikliği olduğunu gösteriyor,” diyor Kokkonen. “Bu, ağır çekirdeklerde eşi benzeri görülmemiş bir etkileşimle açıklanabilir.”

Bu tür araştırmalar, maddenin yapı taşları hakkında yeni ışık tutmaya yardımcı olabilir; Evren hakkında temel bilgilerin elde edilmesini sağlayarak birçok farklı şekilde yararlı olabilir.

Araştırmacılar, egzotik çekirdeklerin nasıl gelişip bozunduğuna dair belirsizlikleri gidermek için 188At’nin daha fazla gözlemlenmesi gerektiğini yazıyor.

“Bir o kadar ilginç olan, halen bilinmeyen 189At çekirdeğinin bozunmasının incelenmesi olurdu,” diye ekliyorlar. Bu da proton yayılımıyla bozunabilecek başka bir astatin izotopu olabilir.

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.