Shkencëtarët krijojnë një izotop të magnezit të paparë më parë

Shkencëtarët sapo kanë krijuar formën më të lehtë në botë të magnezit – një izotop i paparë më parë me vetëm gjashtë neutrone në bërthamat e tij atomike – brenda një copëzuesi gjigant atomik.

Dhe ndërsa substanca shpërbëhet shumë shpejt për t’u matur drejtpërdrejt, studiuesit presin që zbulimi i tyre do t’i ndihmojë shkencëtarët të kuptojnë më mirë se si janë ndërtuar atomet. Kjo për shkak se izotopë të tillë ekzotikë – versione të elementeve kimikë me më shumë ose më pak neutrone në bërthamat e tyre se zakonisht – mund të ndihmojnë në përcaktimin e kufijve të modeleve që shkencëtarët përdorin për të kuptuar se si funksionojnë atomet.

“Duke testuar këto modele për t’i bërë ato më të mira e më të mira, ne mund të ekstrapolojmë se si funksionojnë gjërat aty ku nuk mund t’i masim,” tha Kyle Brown, një kimist në Facility për Rare Izotop Beams në Universitetin Shtetëror të Miçiganit në East Lansing. “Ne jemi duke matur gjërat që mund të masim për të parashikuar gjërat që nuk mund t’i bëjmë.”

Izotopi i ri i magnezit – i quajtur magnez-18 – nuk do të mbushë të gjitha boshllëqet në njohuritë shkencore rreth atomeve, por zbulimi do të ndihmojë në përsosjen e teorive që shkencëtarët kanë zhvilluar për t’i shpjeguar ato, tha ai. Në veçanti, matjet e ekipit të produkteve të zbërthimit radioaktiv të izotopit japin njohuri të reja mbi energjitë lidhëse të elektroneve që rrotullohen rreth një bërthame, sipas një përmbledhjeje të hulumtimit.

Në kushte normale, magnezi i pastër është një metal i butë gri me numrin atomik 12, që tregon se ka 12 protone – grimca me ngarkesë pozitive – në bërthamën e tij. Është shumë i ndezshëm dhe drita e bardhë e fortë nga një shirit magnezi që digjet shpesh i mahnit studentët në klasat e kimisë.

Ashtu si shumë elementë kimikë, magnezi e ka origjinën në reaksionet e shkrirjes së yjeve të plakjes, dhe gjendet në Tokë sepse ata yje të vdekur prej kohësh kanë shpërthyer si supernova dhe kanë “farësuar” retë ndëryjore që formuan sistemin tonë diellor. Magnezi është relativisht i bollshëm në koren e Tokës dhe ka një rol të rëndësishëm kimik në shumë komponime biologjike dhe industriale.

Izotopi më i zakonshëm i qëndrueshëm i magnezit ka 12 neutrone – grimca me ngarkesë neutrale – në secilën bërthamë, duke i dhënë këtij versioni të elementit një masë atomike prej 24. Si rezultat, ai quhet magnez-24.

Për eksperimentet e tyre, studiuesit përshpejtuan një rreze bërthamash magnezi-24 në rreth gjysmën e shpejtësisë së dritës brenda Laboratorit Kombëtar të Cyclotronit Superpërçues në MSU – një përshpejtues rrethor i grimcave me energji ultra të lartë. Më pas ata hodhën rreze me shpejtësi të lartë të bërthamave të magnezit në një objektiv prej fletë metalike të bërë nga berilium.

Përplasja në atë hap të procesit dha një “supë” me izotope më të lehta të magnezit që studiuesit mund të zgjidhnin prej tyre – mes tyre izotopin e paqëndrueshëm magnez-20, i cili mban vetëm tetë neutrone për bërthamë dhe shpërbëhet në mënyrë radioaktive në disa të dhjetat e sekondës.

Duke punuar kundër orës, studiuesit më pas qëlluan bërthamat e magnezit-20 – përsëri me rreth gjysmën e shpejtësisë së dritës – në një objektiv tjetër beriliumi, rreth 100 këmbë (30 metra) larg.

Një nga produktet e përplasjes që rezulton ishte izotopi i sapozbuluar, magnezi-18 – izotopi “më i lehtë” i magnezit i parë ndonjëherë, me 12 protone dhe vetëm gjashtë neutrone në bërthamën e tij.

Shumica e bërthamave atomike shpejt “mbulohen” me elektrone – grimca me ngarkesë negative – nga mjedisi i tyre dhe bëhen atome elementare, të cilat më pas mund të kombinohen me atome të llojeve të tjera për të krijuar komponime kimike.

Por izotopi i sapozbuluar i magnezit-18 është rrënjësisht i paqëndrueshëm dhe shumë jetëshkurtër: me kaq pak neutrone, bërthama shpërbëhet shpejt, me një gjysmë jetë – koha që i duhet gjysmës së bërthamave të saj për t’u shpërbërë nga kalbja radioaktive – më pak se një e sekondës së një sekondës, ose 10^-21 sekonda.

Kjo do të thotë, ajo zhduket shumë shpejt që një bërthamë magnezi-18 të ketë mundësinë të mbulohet me elektrone dhe kështu ekziston – dhe vetëm shumë shkurt – si bërthama “të zhveshura”.

Izotopi është aq jetëshkurtër, në fakt, saqë magnezi-18 nuk largohet kurrë nga objektivi i beriliumit, por prishet brenda tij – dhe kështu studiuesit e konkluduan praninë e tij nga produktet treguese të kalbjes së tij: protonet endacakë dhe izotopet neon-16 dhe Oksigjen-14, thuhet në deklaratë.

“Kjo ishte një përpjekje ekipore,” tha Brown. “Është shumë emocionuese – nuk është çdo ditë që njerëzit zbulojnë një izotop të ri.”

Shkencëtarët tani kanë identifikuar disa mijëra izotope të 118 elementëve të zakonshëm në tabelën periodike dhe më shumë zbulohen çdo vit.

“Ne po shtojmë pika në një kovë, por ato janë pika të rëndësishme,” tha Brown. “Ne mund të vendosim emrat tanë në këtë, i gjithë ekipi mund. Dhe unë u them prindërve të mi se kam ndihmuar në zbulimin e kësaj bërthame që askush tjetër nuk e ka parë më parë.”

Brown është autori kryesor i një artikulli që përshkruan zbulimin e botuar javën e kaluar në revistën Physical Review Letters. U përfshinë gjithashtu shkencëtarë nga Universiteti i Pekinit në Kinë dhe Universiteti i Uashingtonit në St.