Μια ανακάλυψη που επαναπροσδιορίζει τα όρια της σταθερότητας των ατομικών πυρήνων ανακοίνωσαν ερευνητές από την Κίνα και τη Γερμανία. Πρόκειται για το άγνωστο μέχρι σήμερα ισότοπο αλουμίνιο-20, ένα εξαιρετικά ασταθές πυρηνικό μόριο που καταρρέει με έναν εντυπωσιακό μηχανισμό εκπομπής τριών πρωτονίων. Η παρατήρηση αυτή όχι μόνο προσθέτει ένα νέο μέλος στον πυρηνικό χάρτη, αλλά και αποκαλύπτει ασυνήθιστες κβαντικές ιδιότητες και πιθανή παραβίαση συμμετρίας στον μικρόκοσμο της ύλης.
Ένα ισότοπο πέρα από τα όρια
Το αλουμίνιο-20 είναι το ελαφρύτερο ισότοπο αλουμινίου που έχει εντοπιστεί μέχρι σήμερα. Βρίσκεται «πέρα από τη γραμμή απορροής πρωτονίων» (proton drip line) και διαθέτει επτά λιγότερα νετρόνια από το σταθερό ισότοπο του αλουμινίου. Αυτή η τοποθέτηση στον πυρηνικό χάρτη σημαίνει πως είναι εξαιρετικά ασταθές και αδυνατεί να συγκρατήσει την περίσσεια πρωτονίων στον πυρήνα του.
Η ανακάλυψη επιτεύχθηκε με τη μέθοδο της «διάσπασης εν πτήσει» στο ειδικό σύστημα διαχωρισμού θραυσμάτων του GSI. Οι ερευνητές μέτρησαν τις γωνιακές συσχετίσεις των προϊόντων διάσπασης και επιβεβαίωσαν την ύπαρξη του νέου πυρήνα.
Ο μηχανισμός της τριπλής εκπομπής πρωτονίων
Η ανάλυση αποκάλυψε έναν σπάνιο και εντυπωσιακό μηχανισμό διάσπασης. Το αλουμίνιο-20 αρχικά εκπέμπει ένα πρωτόνιο, μετατρεπόμενο σε μαγνήσιο-19. Στη συνέχεια, το μαγνήσιο-19 διασπάται ταυτόχρονα με την εκπομπή δύο ακόμη πρωτονίων. Είναι η πρώτη φορά που παρατηρείται τριπλή εκπομπή πρωτονίων στην οποία το ενδιάμεσο προϊόν της αρχικής διάσπασης είναι και το ίδιο πυρήνας που εκπέμπει δύο πρωτόνια.
Η διαδικασία αυτή δεν είναι μόνο σπάνια αλλά και επιστημονικά κρίσιμη, καθώς προσφέρει ένα νέο «παράθυρο» για τη μελέτη των ακραίων συνθηκών στα όρια της πυρηνικής σταθερότητας.
Υπόνοιες για παραβίαση συμμετρίας
Ένα από τα πιο ενδιαφέροντα ευρήματα ήταν ότι η ενέργεια διάσπασης του αλουμινίου-20 ήταν σημαντικά χαμηλότερη από τις θεωρητικές προβλέψεις που βασίζονται στη συμμετρία ισοσπίν. Αυτό υποδηλώνει ότι μπορεί να υπάρχει παραβίαση αυτής της συμμετρίας, κάτι που έρχεται να ενισχυθεί και από προηγμένες θεωρητικές προσομοιώσεις. Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι η στροφορμή και η ισοτιμία του σπιν του αλουμινίου-20 διαφέρει από αυτή του συμμετρικού ισοτόπου νέου-20.
Γιατί έχει σημασία η ανακάλυψη
Η μελέτη αυτού του σπάνιου ισοτόπου βοηθά τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα τα φαινόμενα εκπομπής πρωτονίων και να εξερευνήσουν τη δομή των πυρήνων πέρα από τα όρια σταθερότητας. Σήμερα είναι γνωστοί πάνω από 3.300 πυρήνες, αλλά λιγότεροι από 300 είναι σταθεροί και απαντώνται στη φύση. Οι υπόλοιποι είναι ασταθείς και υφίστανται ραδιενεργό διάσπαση.
Οι πιο συνηθισμένες μορφές διάσπασης είχαν ανακαλυφθεί ήδη στα μέσα του 20ού αιώνα. Ωστόσο, η πρόοδος στις πειραματικές υποδομές και τις τεχνολογίες ανίχνευσης έχει επιτρέψει την ανακάλυψη ολοένα και πιο «εξωτικών» μηχανισμών διάσπασης, ειδικά σε περιοχές του πυρηνικού χάρτη μακριά από τη σταθερότητα.
Από το ένα πρωτόνιο στα πέντε
Η εκπομπή ενός και μόνο πρωτονίου ως μηχανισμός ραδιενεργού διάσπασης παρατηρήθηκε για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1970. Στις αρχές του 21ου αιώνα, οι επιστήμονες εντόπισαν ισότοπα που διασπώνται με την ταυτόχρονη εκπομπή δύο πρωτονίων. Τα τελευταία χρόνια έχουν καταγραφεί ακόμη πιο σπάνια φαινόμενα, με εκπομπές τριών, τεσσάρων ή και πέντε πρωτονίων.
Το αλουμίνιο-20 αποτελεί την πιο πρόσφατη και ιδιαίτερα σημαντική προσθήκη σε αυτή τη λίστα. Η ιδιαιτερότητά του, η ασυνήθιστη αλληλουχία διάσπασης και οι ενδείξεις για παραβίαση συμμετρίας το καθιστούν αντικείμενο έντονου επιστημονικού ενδιαφέροντος. Όπως σημειώνουν οι ερευνητές, κάθε τέτοια ανακάλυψη δεν είναι απλώς μια ακόμη «κουκκίδα» στον πυρηνικό χάρτη, αλλά ένα πολύτιμο κομμάτι στο παζλ της κατανόησης του πώς λειτουργεί η ύλη στο πιο θεμελιώδες επίπεδο.
[via]
