Kolejne ważne odkrycie międzynarodowego zespołu fizyków, a wśród nich dr Piotr Jachimowicz z Instytutu Fizyki UZ

4 maja 2021 r.

układ okresowy wł.jpg

W styczniu br. pisaliśmy o tym,  że fizycy teoretycy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych i Uniwersytetu Zielonogórskiego wyznaczyli i podali niezwykle istotne parametry dla ponad 1 300 jąder, w tym dla jąder pierwiastków superciężkich, które do tej pory nie zostały wytworzone w laboratoriach, vide: https://www.infoserwis.uz.zgora.pl/index.php?to-co-niezwykle-zawsze-jest-ciekawe. Wyniki ich badań zostały opublikowane w podstawowym czasopiśmie referencyjnym fizyki jądrowej: Atomic Data and Nuclear Data Tables (vide: https://www.ncbj.gov.pl/aktualnosci/przewidywania-ponad-tysiaca-najciezszych-jader-atomowych) .

 

Po 4 miesiącach międzynarodowy zespół badaczy, w którym ponownie pracuje dr Piotr Jachimowicz z Instytutu Fizyki UZ dzieli się ze społecznością fizyków jądrowych kolejnymi wręcz sensacyjnymi wynikami badań. Ze względu na złożoność prezentowanych zagadnień, przytaczamy tu informację, która ukazała się na stronie Narodowego Centrum Badań Jądrowych w Świerku 21 kwietnia br.

 

„Opublikowane dziś wyniki zespołu badaczy z udziałem polskich naukowców pokazują, że prawdopodobieństwo syntezy nowego jądra nie maleje tak gwałtownie ze wzrostem energii wzbudzenia jak dotąd zakładano. Wykonane obliczenia przekonują, że scenariusze, w których nowe jądro miałoby powstać po emisji 6, 7, a nawet większej liczny neutronów, powinny być brane pod uwagę przez eksperymentatorów.


Najcięższe jądra powstają w wyniku zderzenia i połączenia się jąder lżejszych pierwiastków. W laboratoriach zazwyczaj jedno z tych jąder jest wyraźnie lżejsze i stanowi pocisk, uderzający w cięższe jądro pełniące rolę tarczy. Pociski są rozpędzane w specjalnych akceleratorach. Zarówno jądra tarczy, jak i pociski posiadają swój ładunek elektryczny. Aby pokonać barierę odpychania elektrostatycznego pomiędzy jądrami tarczy i pocisku, jądra pocisków muszą być rozpędzone do odpowiednio dużej energii. Po zderzeniu powstaje złożony układ wzbudzony, w którym konkurują ze sobą odpychające oddziaływania elektromagnetyczne i oddziaływania silne, zdolne przeciwstawić się tym pierwszym. Wzbudzenie układu, to - w dużym uproszczeniu - nadmiar energii. Ta nadmiarowa energia może układ rozsadzić, prowadząc np. do jego rozszczepienia na dwa lub więcej fragmentów, lub też układ może się jej pozbyć emitując na przykład kilka neutronów lub cząstek alfa. Jest szansa, że po pozbyciu się nadmiaru energii, pozostanie układ tworzący jądro stabilne, a przynajmniej żyjące na tyle długo, by można było je zaobserwować i ustalić pewne jego własności fizyczne. Najcięższe wytwarzane w laboratoriach jądra żyją jedynie przez niewyobrażalnie małe ułamki sekund, jednak jest to wystarczająco długo, by fizycy je zbadali.

Do tej pory, gdy planowano sposoby dokonania syntezy wybranych jąder, uważano, że należy dążyć do tego, by po zderzeniu tej nadmiarowej energii było jak najmniej i by układ mógł się jej pozbyć emitując jedynie pojedyncze neutrony lub cząstki alfa. Zakładano, że prawdopodobieństwo wytworzenia nowego, względnie stabilnego układu, szybko maleje ze wzrostem wielkości energii, której należy się pozbyć i z liczbą cząstek, które układ musi wyemitować w tym celu. Opublikowane dziś wyniki zespołu pięciu fizyków teoretyków - z Korei Południowej, Rosji i Polski - pokazują, że prawdopodobieństwo syntezy nowego jądra wcale nie maleje tak gwałtownie ze wzrostem energii wzbudzenia jak wszyscy dotąd zakładali. Wykonane obliczenia pokazują, że scenariusze, w których oczekiwane jądro miałoby powstać po emisji 6, 7, a nawet większej liczny neutronów, są nadal warte rozważenia i powinny być brane pod uwagę przez eksperymentatorów np. w laboratorium w Zjednoczonym Instytucie Badań Jądrowych w Dubnej w Rosji - jednej z zaledwie kilku na świecie „fabryk” pierwiastków superciężkich.


Decydujący wpływ na nasze wyniki ma współgranie dwu efektów” - tłumaczy Michał Kowal, profesor NCBJ, kierownik Zakładu Fizyki Teoretycznej, współautor pracy. „Z jednej strony mamy odpowiednio duże prawdopodobieństwo samej fuzji do układu silnie wzbudzonego. Z drugiej strony korzystnie współzawodniczą ze sobą próg na emisję neutronów oraz bariera rozszczepieniowa, która chroni nowo wytarzane jądro złożone przed rozpadem. Ten efekt nie był dotąd rozważany w literaturze, ponieważ powszechnie sądzono, że nie ma szans na wytworzenie nowych jąder dla dużych energii wzbudzenia. Pokazaliśmy, że wcale tak nie musi być, i że możliwe są całkiem prawdopodobne kanały dla dużych energii wzbudzenia, gdzie emitowane jest nawet 6 czy 7, a nawet więcej neutronów. To otwiera nowe możliwości syntezy jąder neutronowo-niedomiarowych i być może w przyszłości pozwoli na powiązanie scenariusza gorącej syntezy z jądrami wytworzonymi w syntezie zimnej.”


Rachunki, które wykonaliśmy, były możliwe dzięki naszym nowym oszacowaniom progów energetycznych na emisję neutronu i na rozszczepienie” - wyjaśnia drugi z polskich współautorów, dr Piotr Jachimowicz z Uniwersytetu Zielonogórskiego. „Te wyniki zostały niedawno opublikowane w zbiorczych tablicach służących całej społeczności fizyków jądrowych.”


W pracy znaleziono też fascynujący efekt związany z możliwością emisji jednej lub dwóch cząstek alfa na samym początku procesu deekscytacji (deekscytacja jądra, to przejście jądra, ze stanu wzbudzonego do stanu podstawowego, przy czym jest zachowana liczba masowa A i atomowa Z jądra atomowego – podaję za Wikibooks – https://pl.wikibooks.org/wiki/Wst%C4%99p_do_fizyki_j%C4%85dra_atomowego/Rozpady_(przej%C5%9Bcia,_przemiany)_j%C4%85drowe – dopisek mój et) Ten nowy kanał rozpadu i nowy mechanizm produkcji może otwierać nową drogę dla przyszłych nieznanych dziś syntez.


Badacze podkreślają, że wciąż mówimy o prawdopodobieństwach ekstremalnie małych, jednych z najniższych jakie znamy w przyrodzie, ale jednak osiągalnych dzięki rozbudowanym właśnie nowym urządzeniom takim jak super-heavy element factory w ZIBJ Dubna. Kontekst możliwości eksperymentalnych związanych z wynikami prowadzonych badań stanowił istotną motywację zespołu.
 

Praca zatytułowana „Rate of decline of the production cross section of superheavy nuclei with Z=114-117 at high excitation energies” autorstwa J. Hong, G. G. Adamian, N. V. Antonenko, P. Jachimowicz, and M. Kowal ukazała się 21 kwietnia elektronicznie w czasopiśmie Physical Review C, sekcja Letters: https://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/PhysRevC.103.L041601
 

Uzupełnienie – pytania przyświecające cytowanym badaczom:

Jaki jest najcięższy związany układ w przyrodzie? Jaka jest największa możliwa liczba protonów w takim układzie? Jaka jest fizyka tak silnie naładowanych związanych obiektów i towarzyszącego im olbrzymiego pola elektrostatycznego - nieznanego w innych układach fizycznych? Jaki najcięższy pierwiastek zatem istnieje i czy może zostać jeszcze wytworzony? Czy obecnie znany układ okresowy, który właśnie został wypełniony i wydaje się być kompletny, da się jeszcze poszerzyć i jak? Jak powstawały pierwiastki ciężkie w nukleosyntezie i skąd one się właściwie wzięły we Wszechświecie? Jaki jest mechanizm reakcji syntez, które prowadzą do tych nowych pierwiastków - pierwiastków, których występowania nie stwierdziliśmy do tej pory we Wszechświecie, a które człowiek nauczył się wytwarzać sztucznie w laboratorium?"

 
D&C JARY .:. (C) 2013-2016 Uniwersytet Zielonogórski .:. KONTAKT