In Japonia a fost studiata forma izotopului Magneziu-40, care are in nucleu un numar de neutroni mult mai mare decat cel al protonilor. Forma acestui nucleu, ce se situeaza aproape de asa-numita „drip-line” este ciudata – cercetatorii incearca sa descopere cum functionaza interactiunea nucleara prin studiul acestor tipuri de nuclee exotice..
In Natura exista mai bine de 100 de elemente chimice, precum oxigenul, fierul sau uraniul. Un element chimic se caracterizeaza prin numarul de protoni din interiorul nucleului – egal cu numarul de electroni care orbiteaza in jurul acestuia. Astfel, daca hidrogenul are un singur proton in nucleu, plumbul are 82, iar uraniul 92. Protonii si neutronii sunt legati in nuclee de asa-numita interactiune nucleara puternica, care este mult mai intensa decat interactiunea electromagnetica. Ultimele elemente chimice, cele cu 113, 115, 117 si 118 protoni in nuclee au fost descoperite doar recent la diverse acceleratoare din lume. La ora actuala inca nu se stie cat de departe se poate ajunge – exista elemente chimice care au un numar de protoni si mai mare? Cat de mare poate fi un nucleu? Forta nucleara puternica este rezultatul interactiunilor intre cuarcii care alcatuiesc protonii si neutronii si la ora actuala nu este conoscuta cu mare precizie. Din acest motiv studiul in laborator a diverselor nuclee poate da indicatii extrem de utile pentru noii „alchimisti” – adica cercetatorii care descopra si studiaza in laborator noi elemente chimice, pornind de la cele cunoscute.
In acest context studiul unui nucleu exotic, Magneziu-40, care a fost efectuat in Japonia la RIKEN (Tokyo) la acceleratorul Radioactive Isotope Beam Factory, este extrem de interesant. Acest nucleu contine 12 protoni si 28 de neutroni. Numarul de neutroni dintr-un nucleu poate varia, dand nastere asa-numitilr izotopi. In natura Magneziul are in nucleu 12 protoni si 12 neutroni. Cu cei 28 de neutroni ai sau, Magneziul-40 este un nucleu exotic, foarte bogat in neutroni.
Pentru a-l genera grupul de cercetatori international care a efectuat experimentul de la RIKEN a folosit o serie de trei acceleratoare (ciclotroane), care au produs fascicule de nuclee accelerate la 60% din viteza luminii. Initial un fascicol de Calciu-48, un izotop stabil care are in nucleu 20 de protoni si 28 de neutroni, numere „magice”, a fost accelerat si a interactionat cu o tinta de carbon. In urma interactiunilor se produceau nuclee de Aluminiu-41, care erau focalizate asupra unei tinte de plastic (CH2). Impactul cu aceasta tinta secundara producea, prin inlaturarea unui proton al Aluminiului-41, nuclee de Magneziu-40. Tinta de plastic era inconjurata de detectoare de raze gamma, care masurau radiatia emisa din dezexcitarea nucleelor de Magneziu-40 produse. Prin studiul acestei radiatii cercetatorii au ajuns la concluzia ca nucleul de Magneziu-40 este foarte deformat fata de o forma sferica, ca si cum doi neutroni ar forma un fel de aura (halo) in jurul unui nucleu mai compact cu 38 de protoni si neutroni. Rezultatele acestui studiu au fost recent publicate in revista Physical Revew Letters.
Studiul nucleului „gras” de Magneziu-40 ii va ajuta pe teoreticienii care lucreaza in domeniul fizicii nucleare sa optimizeze modelele care descriu interactiunea nucleara si sa stabileasca cat de „obez” poate deveni un nucleu inainte de a „i se taia pofta de mancare”. Adica unde anume este situata asa-numita „drip line”, linia dincolo de care de un nucleu nu se mai pot lipi neutroni sau protoni – o saturatie a interactiunii nucleare.
Acest studiu este relevant si in astrofizica, pentru studiul procesului de formare al elementelor chimice in interiorul stelelor si in supernove in urma proceselor de fuziune nucleara si a altor reactii nucleare. Multe dintre aceste elemente chimice sunt la baza vietii si le regasim in organismul nostru si in obiectele pe care le utilizam zilnic.
Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro
Recomandările noastre
