اكتشف فيزيائيو النوى في جامعة تينيسي ثلاثة نتائج رئيسية حول عملية الالتقاط السريع للنيوترونات التي تشكل العناصر الثقيلة مثل الذهب في الأحداث النجمية. أجرت أبحاثهم في منشأة CERN's ISOLDE، وتوضح كيفية تحلل النوى الذرية غير المستقرة. النتائج، المنشورة في Physical Review Letters، يمكن أن تحسن نماذج تشكل العناصر في الكون.
تنشأ العناصر الثقيلة مثل الذهب والبلاتين في أحداث كونية قاسية، مثل تصادم النجوم، من خلال عملية الالتقاط السريع للنيوترونات، المعروفة بعملية r-process. في هذا التفاعل المتسلسل، تمتص النوى الذرية النيوترونات بسرعة، مما يجعلها غير مستقرة وتتحلل إلى أشكال مستقرة. يعاني العلماء منذ زمن طويل من تفصيل هذه التحولات النووية، خاصة للنظائر النادرة قصيرة العمر المعيشي. أسدلت فريق من جامعة تينيسي، بما في ذلك الطلاب الخريجين Peter Dyszel وJacob Gouge، والبروفيسور Robert Grzywacz، والأستاذ المساعد Miguel Madurga، والباحثة المساعدة Monika Piersa-Silkowska، على هذه الفجوة. بنوا على تحليل البيانات من قبل الأستاذ المساعد الباحث Zhengyu Xu. استخدمت التجارب كميات كبيرة من النظير النادر إنديوم-134، الذي تم إنتاجه وتنقيته في محطة ISOLDE Decay Station التابعة لـ CERN. قال Grzywacz: «هذه النوى صعبة الإنتاج وتتطلب الكثير من التكنولوجيا الجديدة لتوليفها بكميات كافية». يتحلل إنديوم-134 إلى حالات مثارة من قصدير-134 وقصدير-133 وقصدير-132. باستخدام كاشف نيوترون متخصص بني في UT وممول من National Science Foundation، حقق الباحثون ثلاثة اختراقات. أولاً، قاسوا طاقات النيوترونات في انبعاث متأخر بيتا لنيوترونين لأول مرة في نواة r-process. قال Grzywacz: «انبعاث النيوترونين هو الأمر الأكبر»، مشيراً إلى تحدي التمييز بين نيوترون واحد أو اثنين بسبب سلوكهما. يفتح هذا آفاقاً جديدة في دراسة النوى الغريبة. ثانياً، رصدوا حالة نيوترون جزيئية فردية متوقعة في قصدير-133، التي بحث عنها الناس لمدة 20 عاماً. قال Grzywacz: «كان الناس يبحثون عنها لمدة 20 عاماً ووجدناها». تعمل هذه الحالة كوسيط في انبعاث نيوترونين، مما يظهر أن النواة تحتفظ بـ«ذاكرة» تشكلها، مما يتحدى فكرة «نواة ناسية». ثالثاً، وجد الفريق سكاناً غير إحصائي لهذه الحالة، انحرف عن الأنماط المتوقعة في بيئات تحلل أنقى. شبه Grzywacz التحللات النموذجية بـ«حساء البازلاء المقسمة» لكنه لاحظ أن هذه الحالة لم تتبع ذلك. Dyszel، المؤلف الرئيسي للدراسة من Jacksonville، فلوريدا، تولى معظم إعداد التجربة وتحليل البيانات. عمله يبرز الفرص للعلماء في بداية مسيرتهم في فيزياء النوى. تشير النتائج إلى أن النماذج الحالية قد تحتاج إلى تحديث للنوى الغريبة، مما يحسن التنبؤات بإنشاء العناصر الثقيلة.