Naukowcy z całego świata stale poszukują odpowiedzi na pytania dotyczące historii i ewolucji wszechświata. W ostatnich latach ich wysiłki skupiają się szczególnie na badaniu kluczowych dla tego procesu pierwiastków, takich jak złoto, ołów czy uran. Badacze jednak na tym nie poprzestają, dlatego odkrycie nowych ciężkich izotopów trzech srebrzystych metali, które nigdy wcześniej nie występowały na Ziemi — tulu, iterbu i lutetu — to istotny przełom, który przybliża nas do rozwikłania licznych tajemnic, które kryje przed nami Wszechświat.
Owe izotopy, o nietypowej liczbie neutronów w jądrach (co jest rzecz jasna dla izotopów absolutnie typowe), oferują naukowcom unikalną możliwość zgłębienia tajemnic procesów, które prowadzą do powstania ciężkich pierwiastków. Wytworzone przez naukowców izotopy są wysoce nietrwałe i szybko się rozpadają, jednak możliwość ich badania na Ziemi daje nam cenne wskazówki dotyczące mechanizmów, które rządzą ewolucją gwiazd i galaktyk.
Odkrycie tych izotopów to nie tylko krok naprzód w ciągłym procesie ustalania dziejów Wszechświata, ale również nie tyle nawet otworzenie, ile wręcz wyważenie drzwi prowadzących nas wprost do bliższego poznania skomplikowanych reakcji wewnątrz gwiazd neutronowych. Próbując zrozumieć, gdzie i jak powstają ciężkie pierwiastki, naukowcy mogą odkryć kluczowe mechanizmy, które kształtują przestrzeń wokół nas.
Jakie nowe izotopy uzyskano i jak tego dokonano?
Jak wspomnieliśmy, uzyskano łącznie 5 izotopów trzech pierwiastków — tulu, iterbu i lutetu.
Tul: w przypadku tego pierwiastka, nowe izotopy mają 113 i 114 neutronów i 69 protonów. (tul-182 i tul-183)
Iterb: w tym przypadku, naukowcy uzyskali izotopy mające 116 i 117 neutronów obok 70 protonów. (iterb-186 i iterb-187)
Lutet: uzyskano izotop z 119 neutronami obok 71 protonów. (lutet-190)
Stworzenie tych izotopów nie mogłoby się odbyć, gdyby nie laboratorium FRIB na Michigan State University. Naukowcy wykorzystali dobrze znany w eksperymentach związanych z uzyskiwaniem nowych izotopów sposób polegający na bombardowaniu określonego "celu" strumieniem atomów metali — cel w postaci materiału wykonanego z węgla pełnił funkcję "punktu docelowego" dla wspomnianych atomów.
Podczas bombardowania dochodziło do kolizji, które wybijały protony i neutrony z pierwotnych jąder atomowych. Część jąder atomów traciła więcej protonów niż neutronów, prowadząc do powstania bardzo bogatych w neutrony izotopów lżejszych metali — w tym przypadku również tulu, iterbu i lutetu. Jest to proces szalenie skomplikowany i żmudny: liczba odkrytych izotopów w porównaniu do ilości przeprowadzonych zderzeń była bardzo niska. Jedynie niewielki ułamek zderzeń prowadził do powstania interesujących naukowców izotopów.
Po otrzymaniu izotopów następował niezwykle newralgiczny z punktu widzenia ogółu eksperymentu proces rozróżniania powstałych cząstek, które poruszały się z bardzo dużą prędkością. Naukowcy przeprowadzili pomiar masy i ładunku elektrycznego każdego z izotopów, co umożliwiło ich jednoznaczną identyfikację. Dokładne pomiary średniego czasu istnienia nowych izotopów nie zostały jeszcze przeprowadzone, szacuje się, że ich okres półtrwania wynosi około jednej sekundy. To niewiele czasu, ale dzięki świetnym warunkom technicznym w laboratorium FRIB możliwe jest efektywne badanie nawet tak "krótko żyjących" izotopów. Zespół odpowiedzialny za to odkrycie planuje dalsze zwiększenie mocy emitera wiązki i czułości detektora, co może prowadzić do uzyskania jeszcze większej liczby nowych izotopów.
Tak krótko żyjące izotopy mogą wydawać się bezużyteczne, ale według naukowców mogą one pomóc nam w osiągnięciu dalszych sukcesów w dziedzinie technologii jądrowej, w tym przetwarzania lub utylizacji odpadów radioaktywnych. Mimo wszystko, to dopiero początek drogi. Jak wskazałem w poprzednim akapicie, planowane są dalsze badania, a apetyt badaczy na kolejne odkrycia — naprawdę spory.
Wszystko to wymiernie pomaga nam w uzupełnieniu naszej wiedzy na temat kosmosu, a i niewykluczone, że powstałe w ten sposób izotopy mogą mieć bardziej praktyczne zastosowanie. Warto też na koniec podkreślić, że w kontekście FRIB mamy do czynienia z naprawdę imponującym laboratorium — a wygląda na to, że jego pełny potencjał nie został jeszcze osiągnięty. Wkrótce możemy się spodziewać jeszcze bardziej fascynujących odkryć ze strony tego zespołu — na co z niecierpliwością czekam.
