W warunkach eksperymentalnych udało się zaobserwować dowody na istnienie niezwykle ulotnego nowego jądra atomowego, które składa się z siedmiu protonów i zaledwie dwóch neutronów. Taki pierwiastek, nazwany tym samym azotem-9, istnieje zaledwie przez jedną miliardową część nanosekundy. Nawet w warunkach eksperymentalnych jest to tak krótki okres czasu, że naukowcy wciąż mają problem z określeniem, czy faktycznie istniejący tak krótko pierwiastek jest izotopem, czy nie.
Autorzy eksperymentu przyznają, że stosunek cząstek subatomowych w azocie-9 jest tak nierówny, że jądro to rozpada się zasadniczo tak szybko, jak się tworzy. Nie zmienia to faktu jednak, że jądro przez tę krótką chwilę istnieje. Badacze mają nadzieję, że szczegółowe badania tego izotopu pozwolą nam dowiedzieć się więcej o tym, co się dzieje z tak krótkotrwałymi jądrami, co mogłoby poszerzyć naszą wiedzę o oddziaływaniach jądrowych, a nawet o mechanice kwantowej.
Czytaj także: Gaz rozweselający lekiem na depresję? Wdychanie podtlenku azotu skutecznie poprawia nastrój
Naukowcy przyznają, że stworzenie izotopu azotu-9 jest zaskoczeniem, bowiem zarówno od strony teoretycznej, jak i praktycznej powinno to być niemożliwe. Jądro azotu-9 praktycznie do rozpadu nie wymaga użycia żadnej energii. Takie niezwiązane jądra atomowe znajdują się już na obrzeżach znanej fizyki.
Na naszym obecnym etapie wiedzy nie ma możliwości stworzenia jednej teorii, która byłaby w stanie przewidzieć obecność, skład czy oddziaływania wszystkich możliwych jąder atomowych. Z jednej strony jest ich zdecydowanie za dużo, a z drugiej nawet modele są w stanie wyjaśnić jedynie najprostsze jądra składające się z pojedynczych protonów i neutronów związanych silnym oddziaływaniem jądrowym. Tam natomiast gdzie liczba protonów znacząco przekracza liczbę neutronów lub odwrotnie pojawiają się już poważne problemy z opisem.
Jak stworzyć azot-9?
Aby wytworzyć tak unikalne jądro atomowe, naukowcy z Uniwersytetu Stanu Michigan wystrzelili wiązkę jąder tlenu-13 w kierunku tarczy berylowej o grubości 1 mm, doprowadzając w ten sposób do rozbicia jądra tlenu na mniejsze komponenty, które następnie zostały skrupulatnie zbadane. Samego azotu-9 nie udało się dostrzec, bowiem rozpada się on zbyt szybko, aby go zarejestrować. Udało się jednak odkryć w danych produkty rozpadu takiego jądra, czyli cząstkę alfa (dwa protony i dwa neutrony) oraz pięć dodatkowych protonów. Na podstawie pomiarów ich pędu i energii udało się ustalić masę jądra, z którego powstały. W tym przypadku było to jądro azotu-9. Aby jednak upewnić się, że protony i cząstki alfa faktycznie pochodziły z rozpadu azotu-9 badacze musieli zaobserwować ten proces wielokrotnie i zidentyfikować na wykresie wyraźny szczyt przy masie azotu-9. Po wystrzeleniu 40 miliardów jąder tlenu-13 udało się wytworzyć kilkaset jąder azotu-9. Za każdym razem szczyt był bardzo wyraźny.
Opisane w artykule opublikowanym w periodyku Physical Review Letters niezwiązane jądra azotu-9 to najgorętszy obszar badań w dziedzinie fizyki jądrowej. Badacze są przekonani, że wiedzę pozyskaną w trakcie ich poznawania będzie można z czasem wykorzystać w badaniach nad mechaniką kwantową i wieloma innymi działami fizyki.