Cum fabrică Universul aurul? Aproape tot aurul de pe Pământ provine din explozii cosmice masive, însă mecanismul cuantic din spatele lui a rămas parțial un mister. Acum, înțelegem mai bine cum se formează aurul în Univers, după ce cercetătorii au observat în premieră „rețeta” nucleară din spatele elementelor grele.
O echipă care lucrează la CERN a raportat trei descoperiri ce aruncă o lumină nouă asupra reacțiilor nucleare din spatele formării elementelor grele în timpul celor mai violente evenimente cosmice. Studiul, publicat în Physical Review Letters, se concentrează pe o etapă-cheie a procesului de captură rapidă a neutronilor – mecanismul despre care se crede că dă naștere unor elemente precum aurul și platina în timpul fuziunilor dintre stele neutronice și al exploziilor stelare.
Elementele grele se numără printre cele mai fascinante produse ale cosmosului. De multă vreme, cercetătorii leagă apariția lor de acest proces – un lanț de reacții care se desfășoară în medii saturate de neutroni. Și totuși, multe dintre etapele nucleare implicate rămân greu de observat direct, fiindcă se petrec în nuclee atomice extrem de instabile.
Ca să afle mai multe, o echipă condusă de fizicieni de la Universitatea din Tennessee a studiat indiul-134, un izotop cu viață scurtă care există doar pentru o clipă înainte de a se dezintegra. Lucrările desfășurate la Stația de dezintegrare ISOLDE de la CERN au scos la iveală detalii noi despre comportamentul nucleelor exotice și despre felul în care elementele grele pot lua naștere din asemenea condiții extreme.
Ce este procesul de captură rapidă a neutronilor (procesul r)?
În natură, acest fenomen extrem are loc doar în medii cosmice violente, cum ar fi momentul în care două stele neutronice se ciocnesc, unde nucleele atomice sunt bombardate cu neutroni într-o fracțiune de secundă. Procesul de captură rapidă a neutronilor pornește atunci când nucleele atomice înhață neutroni unul după altul, în ritm alert. Pe măsură ce devin tot mai grele, ele devin și tot mai instabile, iar în cele din urmă se dezintegrează – sau se descompun –, dând naștere unor elemente noi.
Una dintre cele mai puțin înțelese verigi ale acestei secvențe presupune o dezintegrare beta urmată de emisia a doi neutroni. Fiindcă nucleele implicate au o viață atât de scurtă, studierea acestui fenomen s-a dovedit deosebit de anevoioasă.
Cercetătorii s-au concentrat pe indiu-134, care se dezintegrează în forme excitate de staniu-132, staniu-133 și staniu-134. Cu ajutorul unui detector de neutroni specializat, dezvoltat cu sprijinul National Science Foundation, echipa de cercetarea măsurat pentru prima dată energia neutronilor eliberați în cursul acestei dezintegrări. Robert Grzywacz, profesor implicat în proiect, a explicat:
„Aceste nuclee sunt greu de obținut și necesită o mulțime de tehnologii noi pentru a fi sintetizate în cantități suficiente”
Datele ar putea ajuta cercetătorii să înțeleagă mai bine reacțiile nucleare care contribuie la formarea elementelor grele în spațiu. Deși nu vom putea „fabrica” aur pe Pământ, implicațiile practice ale acestor studii sunt uriașe. Tehnologiile avansate și senzorii dezvoltați la CERN pentru a capta aceste reacții rare își găsesc aplicabilitatea directă în viața de zi cu zi: de la crearea de noi izotopi pentru tratamentele inovatoare împotriva cancerului, până la proiectarea unor reactoare nucleare mult mai sigure și eficiente.
Studiul a confirmat, totodată, existența unei stări nucleare după care oamenii de știință umblau de ani buni. În timpul experimentului, echipa a detectat o stare a neutronilor prezisă în staniu-133, care nu mai fusese niciodată observată direct. Existența ei fusese sugerată de teorie, însă confirmarea experimentală rămăsese greu de obținut.
„Oamenii o căutau de 20 de ani și noi am găsit-o. Acei doi neutroni ne-au permis să observăm această stare”, a spus Grzywacz.
Cercetătorii au dat și peste un fenomen neașteptat. Chiar și după ce procesul de dezintegrare se încheia, nucleul părea să păstreze urme ale structurii sale anterioare. Echipa a descris acest comportament drept o formă de „memorie” nucleară, sugerând că trăsăturile configurației inițiale persistă în nucleul-fiică.
Rezultate care nu se potrivesc cu modelele actuale
Nu toate descoperirile s-au pliat însă pe așteptări. Când cercetătorii au examinat mai în amănunt starea nou-observată, au constatat că aceasta se comporta diferit față de ce preziceau teoriile existente. Modul în care starea a fost populată în timpul dezintegrării nu a urmat tiparele statistice pe care le anticipau modelele actuale. Studiul precizează că această neconcordanță a apărut chiar și în condițiile atent controlate ale experimentului. Tocmai de aceea, rezultatul devine deosebit de interesant pentru fizicienii care încearcă să descifreze nucleele aflate departe de stabilitate.
În loc să confirme idei deja bine înrădăcinate, măsurătorile scot la iveală lacune în descrierile teoretice de astăzi. Cercetătorii afirmă că aceste constatări arată că unele aspecte ale acestor sisteme nucleare neobișnuite nu sunt încă pe deplin înțelese. Până când aceste lacune teoretice vor fi corectate, descoperirea de la CERN adaugă o piesă vitală complexităţii cosmice, demonstrând că originea aurului și a elementelor grele ascunde fenomene cuantice pe care abia acum începem să le decriptăm.
O singură ședință de saună crește temporar numărul celulelor imune, sugerează un studiu finlandez
Apa carbogazoasă scade pH-ul oral mai puțin decât băuturile răcoritoare cu zahăr, arată un studiu
Visele nu sunt întâmplătoare. Creierul pare să rescrie realitatea în somn, arată un studiu pe 3.700 de relatări
Un melanom care trece de la un pește la altul, primul cancer transmisibil la un animal de apă dulce
Megastructuri extraterestre în jurul găurilor negre: ideea îndrăzneață discutată de specialiști la MIT
