Obliczenia wykonane przez polskich naukowców we współpracy z grupą uczonych z Dubnej (Rosja) pozwalają przewidywać z niedostępną dotąd dokładnością szanse wytworzenia nowych izotopów pierwiastków superciężkich. W pracy opublikowanej w prestiżowym czasopiśmie Physics Letters B zaprezentowali oni najbardziej obiecujące kanały produkcji szerokiej gamy izotopów o liczbie atomowej od 112 do 118 w różnych konfiguracjach zderzeń jądrowych prowadzących do ich powstania. Przewidywania wydają się być wiarygodne, jako że potwierdzają je ze znakomitą zgodnością dane eksperymentalne dostępne dla procesów już przebadanych.
W pracy, która ukaże się w październikowym numerze prestiżowego czasopisma Physics Letters B międzynarodowy zespół pięciu naukowców zaprezentował nowe, niezwykle bogate i obiecujące wyniki przewidywań dla prawdopodobieństw (przekrojów czynnych) produkcji izotopów najcięższych pierwiastków o liczbach atomowych od 112 do 118. Obliczenia zostały przeprowadzone dla procesów fuzji indukowanej pociskami jądrowymi wapnia Ca-48 zgodnie z planami przyszłych eksperymentów. Polscy uczeni – prof. Michał Kowal, kierownik Zakładu Fizyki Teoretycznej Narodowego Centrum Badań Jądrowych i dr Piotr Jachimowicz z Uniwersytetu Zielonogórskiego – dostarczyli wyniki swoich rachunków uwzględniających nie brane do tej pory efekty, a mające ogromny wpływ na dokładność ostatecznie otrzymywanych wyników.
„Do tej pory, gdy liczono prawdopodobieństwa wytwarzania superciężkich izotopów, w ogóle nie brano pod uwagę efektów związanych z powłokowym charakterem punków siodłowych w rozszczepieniu jąder atomowych” – wyjaśnia prof. Kowal. „Wszyscy badacze zakładają brak efektów kwantowych dla tej kluczowej w procesie rozszczepienia konfiguracji jądrowej. My te efekty uwzględniliśmy, a co więcej podaliśmy przepis ich tłumienia wraz ze wzrostem temperatury tworzącego się superciężkiego układu jądrowego. Takie obliczenia nie były dotąd prezentowane nigdzie w literaturze.”
Aby uzyskać swój wynik uczeni posłużyli się metodą statystyczną, generując miliony stanów nad stanem podstawowym i wspominanym punktem siodłowym. Metodę i wyniki opisali szczegółowo w równolegle skierowanej do publikacji pracy. „Mając te wyniki można było dość prosto policzyć prawdopodobieństwo przetrwania jąder wytworzonych w wyniku konkretnego zderzenia pocisku i odpowiednio dobranej tarczy” – opowiada prof. Kowal. „Po prostu, korzystając z podstawowej definicji prawdopodobieństwa przetrwania jądra złożonego, właściwie bez stosowania przybliżeń, oszacowaliśmy współzawodnictwo rozszczepienia z rożnymi innymi kanałami rozpadu.”
Badając stabilność i analizując możliwe kanały rozpadu tworzonych jąder, badacze uwzględnili zarówno rozpady poprzez emisję neutronów, jak i protonów oraz cząstek alfa. Wyniki zaprezentowane w pracy bardzo dobrze zgadzają się z danymi uzyskanymi w przeprowadzonych już eksperymentach. Jednocześnie autorzy wskazują na najbardziej obiecujące kanały produkcji nowych, nie wytwarzanych dotąd izotopów, które mogłyby być wykorzystane w przyszłych planowanych eksperymentach. Rewelacyjna zgodność z istniejącymi funkcjami wzbudzania (prawdopodobieństwami syntezy jąder superciężkich) pozwala mieć zaufanie do zaprezentowanych prognoz i przewidywań.
Szczególnie obiecujące dla niektórych kombinacji tarcza-pocisk okazują się być kanały z emisją jednego protonu lub jednej cząstki alfa. Ten wynik jest intrygujący, gdyż może prowadzić do zupełnie nowych, nieznanych dziś izotopów jąder superciężkich. Ponieważ zaproponowane kanały reakcji nie są nadmiernie egzotyczne, a raczej łatwo dostępne w eksperymencie, już wkrótce okaże się czy przewidywania uczonych co do możliwości produkcji tych nowych wyjątkowo ciężkich izotopów się potwierdzą.
Współczesna alchemia
Najcięższym pierwiastkiem występującym w postaci stabilnej w przyrodzie jest ołów. Jego jądro zawiera 82 protony (liczba atomowa Z=82), a sumaryczna liczba neutronów i protonów (liczba masowa A) w stabilnych izotopach ołowiu może wynosić 204, 206, 207 lub 208. Istnieją też niestabilne izotopy tego pierwiastka, które z charakterystycznym okresem półtrwania, rozpadają się na lżejsze fragmenty. Także pierwiastki lżejsze od ołowiu mogą posiadać izotopy niestabilne. Możliwe jest również naturalne powstanie lub sztuczne wytworzenie pierwiastków cięższych od ołowiu o niestabilnych izotopach. Powstają one w wyniku zderzenia dwóch lżejszych jąder. Do zderzeń takich może dochodzić np. w gwałtownych wybuchach obiektów astronomicznych, ale także w laboratoriach na Ziemi wyposażonych w akceleratory służące do rozpędzania i zderzania jąder i cząstek.
Dr Marek Pawłowski
