FRIB findet fünf neue Isotope in Platinfragmenten – Physics World

Durch die Kollision schwerer Ionen haben Physiker in den USA fünf bisher unbekannte Kernisotope erzeugt. Angeführt von Oleg Tarasov An der Michigan State University identifizierte das Team die Kerne in den Trümmern, die bei der Fragmentierung von Platin-198 entstanden.

Fast 300 natürlich vorkommende Isotope sind den Physikern bekannt, von denen etwa 250 stabil sind. Forscher haben außerdem etwa 3000 kurzlebige Isotope in Laboren wie der Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) erzeugt, einem beschleunigerbasierten Institut an der Michigan State University.

Kurzlebige Isotope kommen auch auf natürliche Weise bei heftigen astrophysikalischen Ereignissen wie Supernovae und Neutronensternverschmelzungen vor. Bei diesen Ereignissen wird angenommen, dass einige dieser Isotope am schnellen Neutroneneinfangprozess (R-Prozess) beteiligt sind, der schwere Elemente wie Gold erzeugt.

Kleiner Anteil

„Die Zahl der natürlichen Isotope ist ein winziger Bruchteil der möglichen Isotope und ein winziger Bruchteil der Zahl, die in extremen astrophysikalischen Umgebungen mit aktiven Kernreaktionen existiert“, erklärt Tarasov. „Eine grundlegende Frage ist: Welche Kombinationen von Protonen und Neutronen können einen Atomkern oder ein seltenes Isotop bilden?“

Die Beantwortung dieser Frage ist ein Ziel von FRIB, das Isotope erzeugt, indem es Schwerionenstrahlen mit Energien von bis zu 200 MeV auf Ziele schleudert. Dank der jüngsten Steigerung der Strahlleistung ist die Anlage nun in der Lage, einen beispiellosen Zugang zu schweren, neutronenreichen Isotopen in noch unerforschten Regionen der Kernkarte zu ermöglichen.

Für Tarasovs Team enthält eine Region von besonderem Interesse Isotope, die etwas leichter als Blei-208 sind. Bisher erwies sich die Untersuchung dieser Kerne aufgrund der geringen experimentellen Produktionsausbeute und der Schwierigkeit, zwischen verschiedenen Kernen zu unterscheiden, als schwierig.

Projektilfragmentierung

Mit FRIB „können schwere Isotope mit viel mehr Neutronen als Protonen durch Projektilfragmentierung erzeugt werden, wobei ein schwerer stabiler Strahl wie ein natürliches Platinisotop mit halber Lichtgeschwindigkeit auf ein Kohlenstoffziel geschleudert wird“, erklärt Tarasov.

Um neue Isotope zu finden, standen die Forscher vor einer doppelten Aufgabe: Sie mussten die Fragmentierungstrümmer nach den darin enthaltenen verschiedenen Isotopen sortieren und jedes Isotop eindeutig identifizieren. Diese Herausforderungen wurden mit dem Advanced Rare Isotope Separator (ARIS) am FRIB bewältigt.

Insgesamt lieferte das Fragmentierungsexperiment des Teams fünf verschiedene Isotope der Elemente Thulium, Ytterbium und Lutetium, die noch nie zuvor beobachtet wurden.

„Die erfolgreiche Identifizierung dieser Isotope zeigt die hochauflösenden Fähigkeiten des ARIS-Fragmenttrenners und sein Potenzial für zukünftige Entdeckungen im Hoch-Z-Bereich des Periodensystems, insbesondere wenn die Strahlintensität zunimmt“, sagt Tarasov.

Das Team ist zuversichtlich, dass seine Ergebnisse nur der Beginn einer aufregenden neuen Ära für Fragmentierungsexperimente sind. „Dies wurde weniger als ein Jahr nach Beginn des FRIB-Betriebs erreicht und verspricht großes wissenschaftliches Potenzial bei der Durchführung ähnlicher Messungen mit Blei- und Uranfragmentierung“, fährt Tarasov fort.

In zukünftigen Experimenten wollen Tarasov und Kollegen Kerne mit 126 Neutronen erzeugen. Dies ist eine „magische Zahl“ und es wird erwartet, dass diese Kerne stabiler sind als ihre Nachbarn in der Atomkarte. Dies macht sie zu einem wichtigen Ziel für Astrophysiker bei ihren Studien zum R-Prozess. Zukünftige Forschungen könnten uns also zu einem besseren Verständnis der Ursprünge von etwa der Hälfte aller Elemente im Universum verhelfen, die schwerer als Eisen sind.

Die Forschung ist beschrieben in Physical Review Letters.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/frib-finds-five-new-isotopes-in-platinum-fragments/