Як виникають золото і платина: фізики виявили нові ізотопи важких хімічних елементів

Автори нового дослідження, опублікованого в журналі Physical Review Letters, представили результати важливого експерименту. Фізики розділяли ядра платини і виявили нові ізотопи рідкісноземельних елементів — тулію, ітербію та лютецію. Учені вважають, що нове відкриття допоможе зрозуміти властивості багатих на нейтрони атомів, а також поліпшить розуміння процесів, під час яких з'являються нові хімічні елементи, коли відбувається зіткнення нейтронних зірок, пише ScienceAlert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Не всі форми хімічних елементів влаштовані однаково. Кожне ядро атома складається з певної кількості таких елементарних частинок, як протони та нейтрони. Кількість протонів завжди одна й та сама в будь-яких формах хімічного елемента і від цієї кількості залежить атомний номер хімічного елемента. Але кількість нейтронів у ядрі атома може змінюватися, і вона визначає ізотопи хімічних елементів.

Усі хімічні елементи мають різні ізотопи. Деякі з них нестабільні й розпадаються дуже швидко на легші елементи. Але інші демонструють високу стабільність. Вивчення ізотопів допомагає фізикам зрозуміти, як хімічні елементи створюються у Всесвіті і як вони поширюються космосом.

Для того, щоб створити нові ізотопи, вчені використовували пристрій FRIB, де використовується прискорювач важких іонів для розділення ядер атомів. Промені з рідкісних ізотопів обстрілюють ціль зі швидкістю, яка трохи перевищує половину швидкості світла. Після цього відбувається розпад ізотопів і вчені можуть виявити нові ізотопи.

У межах експерименту для отримання нових ізотопів учені використовували ізотоп платини, який має 120 нейтронів — 198Pt. Ядро звичайного атома платини має 117 нейтронів. Використання важчого ізотопу призвело до зміни способу поділу атомних ядер.

• У результаті під час поділу 198Pt учені виявили два нові ізотопи тулію — 182Tm і 183Tm. Вони мають у ядрі атома 113 і 114 нейтронів відповідно, хоча ядро звичайного атома тулію має 69 нейтронів.
• Також учені виявили нові ізотопи ітербію — 186Yb і 187Yb. Вони мають у ядрі атома 116 і 117 нейтронів відповідно. При цьому звичайний атом ітербію в ядрі має 103 нейтрони.
• Ще було виявлено невідомий ізотоп лютецію — 190Lu, який має в ядрі атома 119 нейтронів, хоча у звичайному атомі лютецію в ядрі знаходиться 104 нейтрони.

Учені вважають, що подібні експерименти допоможуть краще зрозуміти, як саме відбувається створення важких хімічних елементів у Всесвіті. Адже відомо, що всі елементи, які важчі за залізо, створюються під час вибуху наднових (так помирають масивні зірки) та вибухах кілонових (виникають під час зіткнення нейтронних зірок, що є залишками звичайних зірок).

Процес появи ядер важчих за водень хімічних елементів називається нуклеосинтезом і він також виникає під час зіткнення нейтронних зірок. У результаті відбувається процес поглинання атомами нейтронів і таким чином формуються елементи важчі за залізо. Наприклад, під час вибуху кілонової з'являються золото, стронцій, платина та інші важкі метали.

Автори дослідження кажуть, що їхній експеримент дуже близький до того, щоб відтворити процес нуклеосинтезу під час потужних космічних вибухів.

Як уже писав Фокус, фізики вперше довели існування "другого звуку" в екзотичних речовинах.