Naukowcy odkryli nową, nietypową konfigurację cząstek jądrowych, która rzuca światło na sekrety materii i procesy zachodzące we wnętrzach atomów. Międzynarodowy zespół badaczy z Uniwersytetu w Jyväskylä w Finlandii ogłosił, że udało się zidentyfikować izotop astatu, którego jądro przybiera kształt przypominający… arbuza.
To jądro, składające się z 85 protonów i 103 neutronów, jest najcięższym znanym izotopem rozpadającym się poprzez emisję protonów, a jednocześnie najlżejszym zarejestrowanym izotopem astatu.
Astat – najrzadszy pierwiastek na Ziemi
Astat (At) należy do najbardziej ulotnych pierwiastków występujących w przyrodzie. W skorupie ziemskiej występuje w ilości mniejszej niż 1 gram i tylko w formie śladowych pozostałości po rozpadzie cięższych pierwiastków. Wszystkie jego izotopy są radioaktywne i krótko żyją – od zaledwie kilku godzin do nanosekund.
Ta efemeryczność sprawia, że astat od dawna intryguje naukowców. Teraz odkrycie nowego izotopu pozwala spojrzeć na jego niezwykłe właściwości z zupełnie nowej perspektywy.
Rzadki rozpad – emisja pojedynczych protonów
Większość jąder atomowych rozpada się poprzez emisję cząstek alfa lub beta. Jednak nowo odkryty izotop astatu emituje pojedyncze protony – niezwykle rzadką formę rozpadu promieniotwórczego.
„Emisja protonów to wyjątkowy proces, w którym jądro wyrzuca proton, aby przybliżyć się do stabilności” – tłumaczy Henna Kokkonen, fizyczka jądrowa z Uniwersytetu w Jyväskylä i główna autorka badania.
Aby uzyskać ten egzotyczny izotop, naukowcy wykorzystali akcelerator cząstek w Laboratorium Akceleratora Uniwersytetu w Jyväskylä. Strzelając wiązką jonów strontu (84Sr) w tarczę ze srebra, udało się uzyskać niestabilne jądro, które następnie poddano szczegółowej analizie za pomocą separatora odrzutowego i detektorów.
Jądro w kształcie arbuza
Co sprawia, że odkrycie jest tak wyjątkowe? Nowo powstałe jądro atomowe nie ma typowego kulistego kształtu. Analiza wykazała, że jest wydłużonym sferoidem – przypomina arbuz, w którym odległość między biegunami jest większa niż średnica wzdłuż równika.
Model teoretyczny opracowany przez zespół naukowców dokładnie przewidział tempo rozpadu, co potwierdza niezwykłą strukturę tego jądra. To odkrycie wskazuje na istnienie mechanizmów oddziaływania cząstek, których dotąd nie obserwowano w ciężkich jądrach atomowych.
Nowe kierunki badań
Choć odkrycie jest przełomowe, naukowcy podkreślają, że to dopiero początek. Kolejnym celem badań będzie dokładniejsza analiza izotopu 188At, a także poszukiwanie jeszcze bardziej egzotycznych konfiguracji, takich jak nieznany dotąd izotop 189At.
„Takie badania dostarczają fundamentalnej wiedzy o budowie materii, a w przyszłości mogą mieć znaczenie praktyczne, na przykład w medycynie nuklearnej czy energetyce” – dodaje Kokkonen.
Badanie opublikowano w czasopiśmie Nature Communications .