Znajdź zawartość

Henna Kokkonen, świeżo upieczona magister Uniwersytetu w Jyväskylä w Finlandii, odkryła nieznany dotychczas izotop astatu, najrzadszego pierwiastka występującego w skorupie ziemskiej. W ramach swojej pracy magisterskiej Henna analizowała dane z eksperymentu podczas którego bombardowano atomy srebra wiązką strontu-84. Młoda uczona zauważyła w nich nieznane dotychczas jądro atomowe, astat-190. Składa się ono z 85 protonów oraz 105 neutronów i jest najlżejszym znanym izotopem astatu. Co więcej, zarejestrowała też sygnały, które mogą świadczyć o pojawieniu się innego nieznanego izotopu, astatu-188. Astat to najrzadszy naturalnie występujący pierwiastek w skorupie ziemskiej. Szybko ulega połowicznemu rozpadowi, dlatego na Ziemi jest go w danym momencie nie więcej niż 0,07 grama. Badania nad nowymi jądrami atomowymi są istotne dla zrozumienia budowy jądra atomu oraz ograniczeń, jakim podlega znana nam materia, mówi Kokkonen. Astat powstaje w skorupie ziemskiej wyłącznie w wyniku rozpadu cięższych pierwiastków. Spośród 41 (wraz z tym zauważonymi przez Kekkonen) izotopów astatu, tylko 4 występują naturalnie: astat-215, astat-216, astat-218 i astat-219. Czas ich połowicznego rozpadu wynosi od 0,1 ms do 56 s. Najbardziej stabilnym izotopem tego pierwiastka jest astat-210, o nieco ponad 8-godzinnym czasie połowicznego rozpadu. Dotychczas nigdy nie uzyskano czystej próbki astatu. Nie znamy wielu jego właściwości, a wiele z tych, które znamy, jest dedukowanych z pozycji pierwiastka w tabeli okresowej. Jeden ze sztucznie uzyskiwanych izotopów, astat-211 jest badany pod kątem wykorzystania w radioterapii nowotworów. « powrót do artykułu

Chińscy astronomowie znaleźli najcięższy pierwiastek kiedykolwiek zauważony na egzoplanecie. Wei Wang i jego koledzy z Narodowego Obserwatorium Astronomicznego Chin poinformowali o zaobserwowaniu samaru w atmosferze planety MASCARA-4b. Pierwiastki o tak dużej masie są dość rzadkie i trudne do zaobserwowania, jednak mogą nam wiele powiedzieć o tworzeniu się i ewolucji planet. MASCARA-4b znajduje się w odległości około 550 lat świetlnych od Ziemi. To gorący jowisz, gazowy olbrzym, o średnicy 1,5 raza większej od średnicy Jowisza. Masa planety jest ponad 3 razy większa od masy Jowisza, a temperatura na jej powierzchni wynosi około 1900 stopni Celsjusza. Planeta obiega swoją gwiazdę macierzystą w ciągu niecałych 3 ziemskich dni. Gwiazda, MASCARA-4, ma średnicę niemal 2-krotnie większą od Słońca, a jej temperatura sięga 7730 stopni Celsjusza. Chińczycy badali MASCARĘ-4b za pomocą Very Large Telescope w Chile, analizując spektrum światła jej gwiazdy przefiltrowanego przez atmosferę planety. W ten sposób znaleźli wiele masywnych pierwiastków jak na przykład bar. Dotychczas dzierżył on miano najcięższego pierwiastka znalezionego na egzoplanecie. Zaobserwowano jednak też samar, który zawiera o sześć protonów więcej niż bar, a jego liczba atomowa to 62. Wang zauważa, że każda gwiazda i planeta powinny posiadać te pierwiastki. Jednak zagadką pozostaje, dlaczego można je zauważyć. Ze względu na swoją masę pierwiastki te powinny znajdować się niżej, w regionach o wyższym ciśnieniu i nie powinniśmy być w stanie tak łatwo ich obserwować. Znalezienie samaru może wskazywać po pierwsze na to, że bardzo gorące jowisze mogą zawierać mniej lekkich pierwiastków niż atmosfery innych egzoplanet, po drugie zaś, że zawierają one bardzo mało pary wodnej i tlenu, z którymi samar reaguje. « powrót do artykułu

Naukowcy poszukujący „wyspy stabilności” odkryli nowy izotop darmsztadu i nowy stan wzbudzony kopernika-282. Stwierdzili jednocześnie, że „wyspy” należy szukać nie tam, gdzie przewidywały wcześniejsze teorie, ale nieco dalej. Wyprawa do wyspy stabilności obrała nowy kurs, stwierdził Anton Såmark-Roth z Uniwersytetu w Lund. W latach 60. pojawiły się teorie dotyczące możliwego istnienia superciężkich pierwiastków. Stwierdzono wtedy, że w okolicy nieznanego jeszcze wówczas pierwiastka o liczbie atomowej 114 powinna istnieć „wyspa stabilności”, gdzie superciężkie pierwiastki będą trwały dłużej. Najcięższym występującym w naturze pierwiastkiem jest uran, którego jądro zawiera 92 protony i 146 neutronów. Jądra cięższych pierwiastków, z powodu wzrastającej liczby protonów, są coraz bardziej niestabilne. Rozpadają się więc coraz szybciej, w ułamku sekundy. Jeśli jednak w jądrze pojawi się „magiczna liczba” protonów i/lub netronów, jądro takie staje się stabilne. Niedawno informowaliśmy, że CERN bada magię liczby 32. Pod koniec lat 60. fizycy teoretyczni przewidywali, że taka wyspa stabilności powinna istnieć wokół pierwiastka o liczbie atomowej 114. Obecnie najcięższym znanym nam pierwiastkiem jest zsyntetyzowany w 2002 roku oganeson. Jego liczba atomowa to 118. Bardzo trudno jest go uzyskać, a jeszcze trudniej badać, gdyż czas półrozpadu tego pierwiastka to około 1 milisekundy. To Święty Graal fizyki atomowej. Wielu naukowców marzy o odkryciu czegoś tak egzotycznego, jak długotrwały, a może nawet stabilny, superciężki pierwiastek, mówi Anton Såmark-Roth. Wszedł on w skład międzynarodowego zespołu pracującego pod kierunkiem profesora Dirka Rudolpha z Uniwersytetu w Lund. Naukowcy wzięli na warsztat pierwiastek flerow o liczbie atomowej 114, a konkretnie jego dwa lżejsze izotopy flerow-288 i flerow-286. W niemieckim Centrum Badań nad Ciężkimi Jonami (GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung) uczeni użyli synchrotronu, za pomocą którego przyspieszali do 10% prędkości światła atomy wapnia-48 i bombardowali nimi pluton-244. W ten sposób otrzymywali pojedyncze atomy flerowa i obserwowali ich rozpad. W czasie 18-dniowego eksperymentu zaobserwowali kilkadziesiąt takich rozpadów. W czasie badań zauważyli nowe, nieznane dotychczas drogi rozpadu tego pierwiastka. Szczególnie interesujące były dwie. Pierwsza z nich, w ramach której flerow-288 rozpadał się do kopernika-284, a ten do nieznanego wcześniej darmstadu-280. W drugim interesującym łańcuchu zaobserwowano rozpad flerowu-286 do wzbudzonego kopernika-282, który zawierał parzystą liczbę protonów i parzystą neutronów. Nigdy wcześniej nie zauważono takiego zjawiska we wzbudzonym superciężkim jądrze. Obserwacja obu tych łańcuchów oraz istnienie wzbudzonego kopernika-282 pozwala na opracowanie nowych modeli teoretycznych dotyczących zarówno flerowa-298, jak i wyspy stabilności. To były trudne, ale bardzo udane badania. Teraz wiemy, że wyspy stabilności powinniśmy poszukiwać nie w okolicach 114., ale 120. pierwiastka, który jeszcze nie został odkryty, mówi Såmark-Roth. « powrót do artykułu

Jedną z największych tajemnic fizyki jądrowej jest odpowiedź na pytanie, dlaczego wszechświat jest zbudowany z takich a nie innych pierwiastków. Dlaczego nie z innych? Naukowców szczególnie interesują procesy fizyczne stojące u podstaw powstania ciężkich pierwiastków, jak złoto, platyna czy uran. Obecnie uważa się, że powstają one podczas łączenia się gwiazd neutronowych oraz eksplozji gwiazd. W Argonne National Laboratory opracowano nowe techniki badania natury i pochodzenia ciężkich pierwiastków, a uczeni z Argonne stanęli na czele międzynarodowej grupy badawczej, która prowadzi w CERN eksperymenty mające dać nam wgląd w procesy powstawania egzotycznych jąder i opracowani modeli tego, co dzieje się w gwiazdach i wydarzeń we wczesnym wszechświecie. Nie możemy sięgnąć do wnętrza supernowych, więc musimy stworzyć na Ziemi ekstremalne warunki, jakie w nich panują i badać reakcje, jakie tam zachodzą, stwierdził fizyk Ben Kay z Argonne National Laboratory i główny autor najnowszych badań. Uczonym biorącym udział w projekcie udało się – jako pierwszym w historii – zaobserwować strukturę jądra o mniejszej liczbie protonów niż w jądrze ołowiu i o liczbie neutronów przekraczających 126. To jedna z liczb magicznych fizyki jądrowej. Liczba magiczne dla protonów i neutronów wynoszą m.in. 8, 20, 28, 50 i 126. To wartości kanoniczne. Fizycy wiedzą, że jądra atomów o takich wartościach charakteryzują się zwiększoną stabilnością. Jądra o liczbie neutronów powyżej 126 są słabo zbadane, gdyż trudno je uzyskać. Wiedza o ich zachowaniu jest kluczowa dla zrozumienia procesu wychwytu neutronu (proces r), w wyniku którego powstaje wiele ciężkich pierwiastków. Obecnie obowiązujące teorie przewidują, że proces r zachodzi w gwiazdach. W tych bogatych w neutrony środowiskach jądra atomowe mogą rosnąć wychwytując neutrony i tworząc cięższe pierwiastki. Proces ten jest na tyle szybki, że nowe cięższe pierwiastki tworzą się zanim jeszcze dojdzie do rozpadu. Twórcy eksperymentu skupili się na izotopie rtęci 207Hg. Jego badanie może bowiem rzucić światło na ich bezpośrednich sąsiadów, jądra bezpośrednio zaangażowane w proces r. Naukowcy najpierw wykorzystali infrastrukturę HIE-ISOLDE w CERN. Wysokoenergetyczny strumień protonów skierowali na roztopiony ołów. W wyniku kolizji powstały setki egzotycznych radioaktywnych izotopów. Odseparowali z nich 206Hg i w akceleratorze HIE-ISOLDE wytworzyli strumień jąder o najwyższej osiągniętej tam energii. Strumień skierowali na deuter znajdujący się w ISOLDE Solenoidal Spectrometer. Żadne inne urządzenie na świecie nie jest w stanie wytworzyć strumienia jąder rtęci o tej masie i nadać mu takiej energii. To w połączeniu z wyjątkową rozdzielczością ISS pozwolió nam na przeprowadzenie pierwszych w historii obserwacji stanów wzbudzonych 207Hg, mówi Kay.  Dzięki ISS naukowcy mogli więc obserwować, jak jądra 206Hg przechwyciły neutron stając się 207Hg. Deuter to ciężki izotop wodoru. Zawiera proton i neutron. Gdy 206Hg przechwytuje z niego neutron, dochodzi do odrzutu protonu. Emitowane w tym procesie protony trafiają do detektora w ISS, a ich pozycja i energia zdradzają kluczowe informacje o strukturze jądra. Informacje te mają bardzo duży wpływ na proces r i uzyskane w ten sposób dane pozwalają na przeprowadzenie istotnych obliczeń. ISS korzysta z pionierskiej koncepcji opracowanej przez Johna Schiffera z Argonne National Laboratory. Na podstawie jego pomysłu zbudowano w Argone urządzenie HELIOS. Pozwoliło ono na badanie właściwości jąder atomowych, których wcześniej nie można było badać. HELIOS stał się inspiracją do zbudowania w CERN-ie ISS. Urządzenie to pracuje od 2008 roku i uzupełnia możliwości HELIOS. Przez ostatnich 100 lat fizycy mogli zbierać informacje o jądrach atomowych dzięki bombardowaniu ciężkich jąder lekkimi jonami. Jednak reakcja przeprowadzana w drugą stronę, gdy ciężkie jądra uderzały w lekkie cele, prowadziła do pojawiania się wielu zakłóceń, które trudno było wyeliminować. Udało się to dopiero za pomocą HELIOS. Gdy ciężka kula uderza w lekki cel dochodzi do zmiany kinematyki i uzyskane w ten sposób spektra są skompresowane. John Schiffer zauważył, że gdy do takiej kolizji dochodzi wewnątrz magnesu, wyemitowane w jej wyniku protony wędrują po spiralnym torze w kierunku detektora. Opracował pewną matematyczną sztuczkę, która opisuje tę kinematyczna kompresję, otrzymujemy więc zdekompresowane spektrum, z którego możemy wnioskować o strukturze jądrowej, wyjaśnia Kay. Pierwsze analizy uzyskanych danych potwierdziły prawdziwość przewidywań teoretycznych. Naukowcy planują zatem kolejne eksperymenty, podczas których chcą wykorzystać inne jądra z obszaru 207Hg. Ze szczegółami badań zapoznamy się na łamach Physical Review Letters. « powrót do artykułu

To kolizja, w wyniku której powstał Księżyc, dostarczyła na Ziemię składniki niezbędne do powstania życia, uważają naukowcy z Rice University. Ponad 4,4 miliarda lat temu Ziemia zderzyła się z inną planetą, a skutkiem tej kolizji było powstanie Księżyca. Amerykańscy uczeni twierdzą, że nie był to jej jedyny efekt. Ich zdaniem podczas zderzenia nasza planeta zyskała większość obecnego na niej węgla i azotu. Z badań nad prymitywnymi meteorytami wiemy, że Ziemia i inne wewnętrzne planety Układu Słonecznego są ubogie w lotne pierwiastki. Czas i sposób ich pojawienia się na Ziemi jest przedmiotem debaty naukowej. Nasza teoria jest pierwszą, która wyjaśnia, zgodnie ze wszystkimi dowodami geochemicznymi, czas i sposób pojawienia się tych pierwiastków na naszej planecie, mówi współautor badań Rajdeep Dasgupta. Prowadzone przez Dasguptę laboratorium specjalizuje się w badaniu reakcji geochemicznych zachodzących w głębi planety w warunkach wysokiej temperatury i ciśnienia. Podczas serii eksperymentów Dasgupta i jego student Damanveer Grewal postanowili przetestować hipotezę, że lotne związki chemiczne trafiły na Ziemię wskutek zderzenia z protoplanetą, której jądro było bogate w siarkę. Zawartość siarki jest tutaj istotna, gdyż dysponujemy licznymi dowodami eksperymentalnymi wskazującymi, że węgiel, siarka i azot są obecne w każdej części Ziemi, z wyjątkiem jej jądra. Jądro nie wchodzi w interakcje z resztą Ziemi, ale wszystko ponad nim, płaszcz, skorupa, hydrosfera i atmosfera są ze sobą połączone i wymieniają się materiałem, mówi Grewal. Od dawna istnieje teoria mówiąca, że Ziemia zyskała lotne pierwiastki z bogatych w nie meteorytów, które bombardowały planetę już po uformowaniu się jądra. Co prawda sygnatury izotopowe tych pierwiastków są zgodne z sygnaturami izotopowymi pierwiastków znajdowanych obecnie na prymitywnych meteorytach zwanych chondrytami węglowymi, to stosunek węgla do azotu jest różny. Na Ziemi wynosi on około 40:1, tymczasem w chondrytach węglowych jest to 20:1. Podczas swoich eksperymentów, w czasie których symulowano ciśnienie i temperatury podczas formowania się jądra ziemi, Grewal i jego zespół testowali hipotezę, zgodnie z którą mamy bogate w siarkę jądro, ale brakuje w nim azotu i węgla, przez co poza jądrem stosunek tych pierwiastków jest inny niż powinien. Podczas serii testów z uwzględnieniem różnych temperatur i ciśnienia Grewal obliczał, jak dużo węgla i azotu może dostać się do jądra przy trzech różnych scenariuszach: gdy nie ma w nim siarki, gdy jest 10% siarki i gdy siarka stanowi 25% jądra. Na azot niemal nie miało to wpływu. Pozostawał on rozpuszczalny w stopach powiązanych z krzemianami. Jedynie przy założeniu najwyższej koncentracji siarki obserwowaliśmy, że rozpoczynało się jego usuwanie z jądra. Węgiel zaś zachowywał się zupełnie inaczej. Znacznie gorzej rozpuszczał się w stopach z obecnością siarki i było go w nich około 10-krotnie mniej pod względem wagowym niż w stopach bez siarki. Po uzyskaniu takich wyników naukowcy, znając koncentrację i stosunek pierwiastków zarówno na Ziemi jak i na meteorytach, stworzyli symulację komputerową, której celem było opracowanie najbardziej prawdopodobnego scenariusza, wedle którego mamy na Ziemi takie a nie inny rozkład lotnych pierwiastków. Uzyskanie odpowiedzi wymagało sprawdzenia około miliarda(!) różnych scenariuszy i porównania uzyskanych w każdym z nich wyników z warunkami, jakie obecnie panują w Układzie Słonecznym. Okazało się, że wszystkie dostępne dowody – sygnatury izotopów, stosunek węgla do azotu oraz całkowita ilość węgla, azotu i siarki na Ziemi z wyjątkiem jej jądra – wskazują na to, że pierwiastki te trafiły na naszą planetę wskutek kolizji z planetą wielkości Marsa o bogatym w siarkę jądrze, w wyniku której powstał Księżyc, mówi Grewal. Nasze badania sugerują, że skaliste podobne do Ziemi planety mają większą szansę na nabycie pierwiastków niezbędnych do powstania życia, jeśli doszło tam do zderzenia z inną planetą zbudowaną z innych pierwiastków, prawdopodobnie pochodzącą z innej części dysku protoplanetarnego, mówi Dasgupta, który jest też głównym badaczem w finansowanym przez NASA programie CLEVER Planets. Celem tego programu jest badanie, jak niezbędne do życia pierwiastki mogły trafić na Ziemię i inne skaliste planety. Zdaniem Dasgupty jest mało prawdopodobne, by Ziemia zyskała wspomniane pierwiastki samodzielnie, w czasie swojego formowania się. To zaś oznacza, że możemy rozszerzyć obszar poszukiwań sposobu, w jaki pierwiastki lotne trafiają na jedną planetę i tworzą życie w znanej nam formie, dodaje Dasgupta. « powrót do artykułu

Astronomowie ze szwedzkiego Uniwersytetu w Lund znaleźli możliwe wytłumaczenie tajemniczego zjawiska, odkrytego w ubiegłym roku w pobliżu centrum naszej galaktyki. Wówczas zauważono, że w pobliżu centralnej czarnej dziury, Sagittariusa A*, znajdują się duże ilości skandu. Szwedzi twierdzą, że to iluzja optyczna. W ubiegłym roku pojawiła się praca naukowa, której naukowcy donosili, że w czerwonych olbrzymach, oddalonych od czarnej dziury nie więcej niż o 3 lata świetlne, znajduje się duża ilość trzech różnych pierwiastków. Teraz naukowcy z Uniwersytetu w Lund we współpracy z kolegami z Uniwersytetu Kalifornijskiego z Los Angeles, twierdzą, że zauważone widmo spektroskopowe skandu, wanadu i itru, to złudzenie optyczne. Te czerwone olbrzymy zużyły większość swojego wodoru i ich temperatura jest o połowę niższa niż temperatura Słońca, mówi główny autor badań, doktorant Brian Thorsbro. Wedle najnowszych badań, niska temperatura gwiazd przyczyniła się do powstania iluzji optycznej. Elektrony wspomnianych pierwiastków zachowują się inaczej w niższych temperaturach niż w wyższych. Podczas badania widma spektroskopowego może to wprowadzać w błąd. Do takich wniosków doszli astronomowie i fizycy atomowi. Thorsbro i jego zespół wykorzystali podczas swoich badań m.in. Teleskopy Kecka na Hawajach. Wykonali szczegółowe mapowanie centralnych obszarów Galaktyki, skupiając się na znajdujących się tam gwiazdach i badając, jakie pierwiastki zawierają. To światowej klasy badania w tym sensie, że wykonaliśmy szczegółowe mapowanie składu gwiazd wielkiej centralnej gromady otaczającej czarną dziurę, wyjaśnia Nnils Ryde z Uniwersytetu w Lund. Na podstawie badań w bliskiej podczerwieni, z wykorzystaniem technologii, która jest dostępna dopiero od niedawna, uczeni doszli do wniosku, że wcześniejsze doniesienia to nie naukowa sensacja, a złudzenie optyczne. « powrót do artykułu