Fisikawan nuklir di University of Tennessee telah menemukan tiga hasil kunci mengenai proses penangkapan neutron cepat yang membentuk unsur berat seperti emas dalam peristiwa bintang. Penelitian mereka, yang dilakukan di fasilitas ISOLDE CERN, menjelaskan bagaimana inti atom tidak stabil membusuk. Hasil-hasil tersebut, yang diterbitkan di Physical Review Letters, dapat menyempurnakan model pembentukan unsur di alam semesta.
Unsur berat seperti emas dan platinum berasal dari peristiwa kosmik ekstrem, seperti tabrakan bintang, melalui proses penangkapan neutron cepat, yang dikenal sebagai r-process. Dalam reaksi berantai ini, inti atom menyerap neutron dengan cepat, menjadi tidak stabil dan membusuk menjadi bentuk stabil. Para ilmuwan selama ini kesulitan merinci transformasi nuklir ini, terutama untuk isotop langka yang umurnya pendek. Para peneliti dari University of Tennessee, termasuk mahasiswa pascasarjana Peter Dyszel dan Jacob Gouge, profesor Robert Grzywacz, profesor associate Miguel Madurga, dan research associate Monika Piersa-Silkowska, mengatasi kekosongan ini. Mereka membangun atas analisis data oleh research assistant professor Zhengyu Xu. Eksperimen menggunakan jumlah besar isotop langka indium-134, yang diproduksi dan dimurnikan di CERN's ISOLDE Decay Station. «Inti-inti ini sulit dibuat dan memerlukan banyak teknologi baru untuk mensintesis dalam jumlah yang cukup,» jelas Grzywacz. Indium-134 membusuk menjadi keadaan tereksitasi tin-134, tin-133, dan tin-132. Menggunakan detektor neutron khusus yang dibangun di UT dan didanai oleh National Science Foundation, para peneliti mencapai tiga terobosan. Pertama, mereka mengukur energi neutron dalam emisi dua neutron tertunda beta untuk pertama kalinya pada inti r-process. «Emisi dua neutron adalah yang paling penting,» kata Grzywacz, mencatat tantangan membedakan satu atau dua neutron karena perilakunya. Ini membuka jalan baru dalam mempelajari inti eksotik. Kedua, mereka mengamati keadaan neutron partikel tunggal yang diprediksi di tin-133, yang dicari selama 20 tahun. «Orang-orang mencarinya selama 20 tahun dan kami menemukannya,» ujar Grzywacz. Keadaan ini berfungsi sebagai perantara dalam emisi dua neutron, menunjukkan bahwa inti mempertahankan «memori» pembentukannya, menantang gagasan tentang «inti amnesiac». Ketiga, tim menemukan populasi non-statistik dari keadaan ini, menyimpang dari pola yang diharapkan dalam lingkungan pembusukan yang lebih bersih. Grzywacz menyamakan pembusukan tipikal dengan «sup kacang polong» tetapi mencatat kasus ini tidak mengikuti pola tersebut. Dyszel, penulis utama studi dari Jacksonville, Florida, menangani banyak pengaturan eksperimen dan analisis data. Pekerjaannya menyoroti peluang bagi ilmuwan awal karier di fisika nuklir. Temuan-temuan ini menunjukkan bahwa model saat ini mungkin perlu pembaruan untuk inti eksotik, meningkatkan prediksi penciptaan unsur berat.