Creando cinque nuovi isotopi, un gruppo di ricerca internazionale che lavora presso il Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) della Michigan State University ha avvicinato le stelle alla Terra.
Gli isotopi, noti come tulio-182, tulio-183, itterbio-186, itterbio-187 e lutezio-190, sono riportati nella rivista Physical Review Letters.
Questi rappresentano il primo lotto di nuovi isotopi prodotti presso FRIB, una struttura utente per l'Ufficio scientifico del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, o DOE-SC, a sostegno della missione dell'Ufficio di fisica nucleare del DOE-SC. I nuovi isotopi mostrano che il FRIB si sta avvicinando alla creazione di esemplari nucleari che attualmente esistono solo quando i corpi celesti ultradensi conosciuti come stelle di neutroni si scontrano l'uno con l'altro.
"Questa è la parte emozionante", ha detto Alexandra Gade, professoressa di fisica al FRIB e del Dipartimento di Fisica e Astronomia della MSU e direttrice scientifica del FRIB. "Siamo fiduciosi di poterci avvicinare ancora di più a quei nuclei importanti per l'astrofisica."
Gade è anche co-portavoce del progetto, guidato da Oleg Tarasov, fisico ricercatore senior presso FRIB.
Il gruppo di ricerca comprendeva un gruppo con sede presso FRIB e MSU, insieme a collaboratori presso l'Institute for Basic Science in Corea del Sud e presso RIKEN in Giappone, un acronimo che si traduce in Institute of Physical and Chemical Research.
"Questa è probabilmente la prima volta che questi isotopi esistono sulla superficie della Terra", ha affermato Bradley Sherrill, professore universitario distinto presso il College of Natural Science della MSU e capo del dipartimento Advanced Rare Isotope Separator presso FRIB.
Per una spiegazione su cosa significhi "avanzato" in questo contesto, Sherrill ha affermato che i ricercatori avevano bisogno solo di un paio di particelle individuali di un nuovo isotopo per confermarne l'esistenza e l'identità utilizzando gli strumenti all'avanguardia di FRIB.
Ora che i ricercatori sanno come produrre questi nuovi isotopi, possono iniziare a produrli in quantità maggiori per condurre esperimenti che prima non erano mai stati possibili. I ricercatori sono anche ansiosi di seguire il percorso che hanno tracciato per creare nuovi isotopi ancora più simili a quelli che si trovano nelle stelle.
"Mi piace tracciare l'analogia di fare un viaggio. Non vedevamo l'ora di andare in un posto dove non siamo mai stati prima e questo è il primo passo", ha detto Sherrill. "Siamo usciti di casa e iniziamo a esplorare."
Il nostro sole è una fabbrica atomica cosmica. È abbastanza potente da prendere i nuclei di due atomi di idrogeno, o nuclei, e fonderli in un unico nucleo di elio.
L'idrogeno e l'elio sono le prime e più leggere voci nella tavola periodica degli elementi. Raggiungere gli elementi più pesanti sulla tavola richiede ambienti ancora più intensi di quelli che si trovano al sole.
Gli scienziati ipotizzano che elementi come l'oro, circa 200 volte più massiccio dell'idrogeno, vengano creati quando due stelle di neutroni si fondono.
Le stelle di neutroni sono i nuclei rimanenti di stelle esplose che originariamente erano molto più grandi del nostro Sole, ma non così grandi da poter diventare buchi neri nei loro atti finali. Sebbene non siano buchi neri, le stelle di neutroni racchiudono comunque un'enorme quantità di massa in dimensioni molto modeste.
"Hanno le dimensioni di Lansing con la massa del nostro sole", ha detto Sherrill. "Non è sicuro, ma la gente pensa che tutto l'oro sulla Terra sia stato prodotto dalle collisioni di stelle di neutroni."
Creando gli isotopi presenti nel sito di collisione di una stella di neutroni, gli scienziati potrebbero esplorare e comprendere meglio i processi coinvolti nella produzione di questi elementi pesanti.
I cinque nuovi isotopi non fanno parte di quell'ambiente, ma sono gli scienziati più vicini a raggiungere quel territorio speciale e le prospettive per raggiungerlo finalmente sono molto buone.
Per creare i nuovi isotopi, il team ha inviato un fascio di ioni di platino verso un bersaglio di carbonio. La corrente del fascio divisa per lo stato di carica era di 50 nanoampere. Da quando sono stati eseguiti questi esperimenti, FRIB ha già aumentato la potenza del suo raggio fino a 350 nanoampere e prevede di raggiungere fino a 15.000 nanoampere.
Nel frattempo, i nuovi isotopi sono entusiasmanti di per sé, poiché offrono alla comunità di ricerca nucleare nuove opportunità per addentrarsi nell'ignoto.
"Non è una grande sorpresa che questi isotopi esistano, ma ora che li abbiamo, abbiamo colleghi che saranno molto interessati a ciò che potremo misurare dopo", ha detto Gade. "Sto già iniziando a pensare a cosa possiamo fare dopo in termini di misurazione dei loro tempi di dimezzamento, delle loro masse e di altre proprietà."
La ricerca di queste quantità in isotopi che non sono mai stati disponibili prima aiuterà a informare e perfezionare la nostra comprensione della scienza nucleare fondamentale.
"C'è molto altro da imparare", ha detto Sherrill. "E stiamo arrivando."
Ulteriori informazioni: O. B. Tarasov et al, Observation of New Isotopes in the Fragmentation of Pt198 al FRIB, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.072501
Fornito dalla Michigan State University
