W centrum zainteresowania naukowców znalazł się selen-74, najlżejszy przedstawiciel tajemniczej grupy tak zwanych p-jąder. Te izotopy, bogate w protony, nie powstają w standardowych procesach kosmicznych, przez co ich obecność w przestrzeni kosmicznej stanowiła poważną łamigłówkę. Przeprowadzony niedawno eksperyment pozwolił rzucić nieco światła na tę mroczną dotąd strefę nuklearnej alchemii.
Eksperyment z arsenem-73. Klucz do zrozumienia powstawania selenu-74
Przełomowego pomiaru dokonał międzynarodowy zespół, któremu udało się zbadać proces wychwytu protonu przez nietrwałe jądro arsenu-73. Reakcja ta bezpośrednio prowadzi do powstania poszukiwanego selenu-74. Samo dotarcie do tego momentu było nie lada wyzwaniem, ponieważ arsen-73 istnieje tak krótko, że tradycyjne metody badawcze są wobec niego bezsilne. Sukces wymagał koordynacji pracy ponad czterdziestu pięciu naukowców z dwudziestu instytucji rozsianych po Stanach Zjednoczonych, Kanadzie i Europie.
Czytaj także: W Chinach mogą już produkować cenne izotopy. To wielki krok do przodu
Selen-74 to zaledwie jeden z trzydziestu pięciu znanych p-jąder, które ciągną się w układzie okresowym aż po rtęć-196. Ich wyjątkowość polega na tym, że nie mogą powstać w dwóch głównych kosmicznych „piecach” odpowiedzialnych za tworzenie cięższych pierwiastków, czyli w procesach powolnego i szybkiego wychwytu neutronów. Artemis Tsantiri, która prowadziła badania jako doktorantka w FRIB, podkreśla, że tego typu pomiary stały się realne dopiero dzięki najnowocześniejszym ośrodkom, takim właśnie jak Facilities for Rare Isotope Beams. Bez dostępu do zaawansowanej technologii wiązek rzadkich izotopów nauka wciąż tkwiłaby w martwym punkcie.
Supernowe i promienie gamma. Kosmiczne laboratorium pierwiastków
Głównym podejrzanym o produkcję p-jąder są od dawna gwałtowne eksplozje supernowych. To tam, w ekstremalnych warunkach, może zachodzić fascynujący proces gamma. Mechanizm ten działa na opak w stosunku do większości znanych reakcji – zamiast budować cięższe jądra przez dodawanie cząstek, rozbija istniejące, potężne jądra za pomocą wysokoenergetycznego promieniowania gamma, odrywając od nich neutrony i pozostawiając izotop bogaty w protony. Odtworzenie na Ziemi warunków panujących w sercu eksplodującej gwiazdy to mrzonka, dlatego naukowcy muszą polegać na połączeniu precyzyjnych danych laboratoryjnych z coraz doskonalszymi modelami teoretycznymi.
Czytaj także: Rewolucyjne odkrycie niemieckich naukowców w technologii solarnej
Niepewność zmalała, lecz zagadka wciąż nierozwiązana
Kiedy wyniki nowego eksperymentu włączono do astrofizycznego modelu procesu gamma, obliczona obfitość selenu-74 stała się dwukrotnie bardziej precyzyjna. To bez wątpienia znaczący postęp, który pokazuje, jak kluczowe są bezpośrednie pomiary dla weryfikacji naszych teorii. Mimo tej poprawki model wciąż nie zgadza się idealnie z rzeczywistą, obserwowaną ilością selenu-74 w kosmosie. Ta uporczywa rozbieżność jest jasnym komunikatem, że nasze wyobrażenie o warunkach panujących we wnętrzach supernowych jest wciąż niedoskonałe. Być może chodzi o dokładną temperaturę, gęstość lub czas trwania całego zjawiska. Ostateczna odpowiedź wciąż czeka na kolejne, jeszcze dokładniejsze eksperymenty.
