Studimi rishqyrton zbërthimin e 185Bi duke përdorur teknologjinë më të fundit

Studiuesit në Universitetin e Surrey-t, Universitetin e York-ut, Universitetin e Edinburgut dhe Laboratorin Kombëtar Argonne së fundmi kanë rishikuar dhe zgjidhur disa nga enigmat e vjetra që lidhen me prishjen e 185Bi, bërthamës më të rëndë të njohur që lëshon proton. Punimi i tyre, i botuar në Physical Review Letters, përshkruan rezultatet e reja thelbësore të marra duke përdorur dy instalime të avancuara në objektin ATLAS të Laboratorit Kombëtar Argonne, përkatësisht Analizerin e Masës Fragment (FMA) dhe Analizën e Mbushur me Gaz Argonne (AGFA).

“Ka pasur interes të veçantë në këtë rajon të tabelës bërthamore për një kohë të gjatë, si nga eksperimenti ashtu edhe nga teoria, për shkak të rasteve të bashkëjetesës së formës (ku konfigurime të ndryshme bashkëjetojnë në energjitë afër njëra-tjetrës) dhe ndryshimet e formës,” Daniel Doherty. një nga studiuesit që kreu studimin, tha për Phys.org. “Bërthama ekzotike 185Bi ka tërhequr interes të veçantë pasi është një emetues i protoneve në gjendje tokësore (d.m.th., mund të kalbet duke emetuar protone nga gjendja e tij bazë) dhe ka një sërë veçorish të zbërthimit të tij që nuk u kuptuan.”

Tiparet kryesore të zbërthimit të 185Bi që janë nën hetim janë gjysma e jetës së bërthamës, e cila është dukshëm më e gjatë se sa do të parashikonin teoritë e emetimit të protonit, dhe dega e tij e kalbjes alfa ‘e penguar’. Të kuptuarit më të mirë të këtyre veçorive do të kishte disa implikime të rëndësishme për këtë rajon të veçantë të tabelës bërthamore, duke rritur gjithashtu kuptimin e përgjithshëm të fizikantëve për bërthamat që lëshojnë proton.

“Ne vendosëm që ishte koha për ta rishikuar këtë problem për shkak të mundësive të reja dhe të përmirësuara eksperimentale në Laboratorin Kombëtar Argonne, SHBA,” shpjegoi Doherty. “Në eksperimentin e parë, në FMA, të udhëhequr nga (Andrei) Andreyev nga Universiteti i York-ut, ne zbuluam disa sinjale interesante (shih më poshtë) por nuk ishim ende plotësisht të bindur se e kishim zgjidhur problemin. Kështu propozuam një plotësues eksperimentoni me AGFA, në të njëjtin laborator, për të konfirmuar (ose hedhur poshtë) gjetjet tona.”

Studimi i fundit nga Doherty dhe kolegët e tij është një nga bashkëpunimet e rralla kërkimore të fizikës bërthamore që përfshin tre ekipe të ndryshme me bazë në MB. Rezultatet e rëndësishme të arritura nga studiuesit ishin përfundimisht një produkt i këtij bashkëpunimi dhe i pajisjeve të avancuara të ofruara nga bashkëpunëtorët e tyre në Laboratorin Kombëtar Argonne, të udhëhequr nga Darek Seweryniak.

“Bërthamat prej 185Bi u prodhuan në reaksionet e shkrirjes, por 185Bi përfaqëson vetëm një pjesë shumë të vogël të numrit të përgjithshëm të reaksioneve (ne do të flasim për atë që ka një seksion kryq të vogël në fizikën bërthamore), “tha Doherty. “Ndarësi është vendosur në mënyrë që 185Bi të arrijë në planin fokal (në mënyrë që ne të mund të studiojmë vetitë e tij të kalbjes) por kanalet e sfondit janë të shtypura. Më pas ne futëm bërthamat në detektorin e shiritave të silikonit të bërë me porosi, i cili ka një total prej 160×160 = 25600 ‘pikselë’ që na mundëson të masim prishjen e tij.”

Në eksperimentin e tyre të parë, Doherty dhe kolegët e tij vendosën gjithashtu një grup detektorësh germanium rreth pikës ku implantuan bërthamat. Kjo i lejoi ata të masin zbërthimet elektromagnetike (d.m.th., fotonet me rreze g dhe rreze X).

Në të dhënat që mblodhën, studiuesit gjetën prova se gjendja bazë e emetuar më parë e protoneve u parapri nga prishja elektromagnetike e një gjendjeje të re të ngacmuar jetëgjatë. Ky nivel, i quajtur si një “izomer”, dukej se ishte përgjegjës për gjysmë-jetën jashtëzakonisht të gjatë të bërthamave 185Bi të përcaktuar në punën e mëparshme eksperimentale, të cilat nuk ishin në gjendje të vëzhgonin këtë izomer. Kjo nga ana tjetër nënkuptonte se gjysma e jetës së gjendjes bazë është një faktor ~ 20 më i shkurtër se sa pretendohej në punimet e mëparshme.

“Për të konfirmuar këtë, ajo që ne donim të bënim ishte të vëzhgonim zbërthimet ku ky izomer ishte anashkaluar dhe në këtë kohë AGFA e re sapo kishte dalë në internet, kështu që ne zgjodhëm ta përdorim atë për të maksimizuar efikasitetin tonë,” tha Doherty. “Megjithatë, gjysma e nënkuptuar më e shkurtër e jetës ishte shumë e shkurtër për t’u matur drejtpërdrejt me teknikat konvencionale. Truku që përdorëm ishte të regjistronim ‘format valore’ të sinjaleve në mënyrë që ato të mund të analizoheshin me kujdes jashtë linje.”

Pas kryerjes së analizave të gjera, studiuesit më në fund identifikuan disa forma valore që mund të shpjegoheshin vetëm nga zbërthimet shumë të shpejta të protonit. Këto vëzhgime konfirmuan gjetjet që ata kishin mbledhur në eksperimentin e parë, disa vite më parë.

“Përveç të qenit bërthama më e rëndë që lëshon proton, 185Bi është i veçantë sepse është gjithashtu shembulli i vetëm i një zbërthimi në një bërthamë bijë me një mbyllje të madhe të guaskës (një konfigurim më i thjeshtë dhe më i qëndrueshëm),” tha Doherty. “Me gjysmëjetën e përcaktuar më parë, zbërthimi i tij i penguar nuk u kuptua dhe gjysma e re, më e shkurtër e përcaktuar në punën tonë, e cila i përshtatet shumë më mirë teorisë, tregon se zbërthimi i protonit është në fakt një proces relativisht i thjeshtë. Kjo siç pajtohet me pritshmëritë pasi, ndryshe nga zbërthimi alfa, i cili është gjithashtu një fenomen i tunelit kuantik, ne nuk kemi nevojë të marrim parasysh formimin e një grimce të re afër sipërfaqes bërthamore, pasi protonet ekzistojnë brenda bërthamës atomike.”

Gjetjet e mbledhura nga ky ekip studiuesish ofrojnë njohuri të reja në lidhje me dinamikën pas prishjes së 185Bi. Në të ardhmen, ato mund të shërbejnë si një pikë referimi e rëndësishme për teorinë e bërthamave që lëshojnë proton. Kjo ka shumë të ngjarë të luajë një rol vendimtar në zgjerimin e njohurive ekzistuese të fizikës bërthamore, duke përshkruar vetitë e bërthamave ekzotike të pasura me proton dhe duke shpjeguar fenomene të tilla si nukleosinteza e lidhur me disa skenarë astrofizikë (d.m.th., shpërthimet me rreze X).

“Ka ende shumë për të bërë për të kuptuar këtë bërthamë,” shtoi Doherty. “Nevojiten matje të mëtejshme të ‘spektroskopisë së kalbjes’ (dmth. çfarë bëmë), veçanërisht nëse jemi në gjendje të përdorim detektorë të germaniumit që janë shumë të ndjeshëm në energji të ulëta. Përveç kësaj, ne do të donim të kryenim matje të spektroskopisë në rreze duke përdorur teknika e etiketimit recoil-decay. Kjo do të jetë e rëndësishme për të konfirmuar detyrat specifike të gjendjeve që ne paraqesim në punim.”

Përveç përmirësimit të të kuptuarit të zbërthimit 185Bi, puna e fundit nga Doherty dhe kolegët e tij mund të hapë mundësi të reja në kërkimin e bërthamave më të rënda që emetojnë fotone. Ndërsa këto kërkime mund të jenë të vështira për t’u kryer dhe do të përfshijnë matje sfiduese, mjetet në objektin ATLAS të Laboratorit Kombëtar Argonne mund të përdoren për të kërkuar emetues të mundshëm të protoneve, si 188,189At, 194,195Fr dhe 200,201Ac. Nëse janë të suksesshme, përpjekje të tilla kërkimore do të zbulonin rajone të reja të radioaktivitetit proton.