ISOLDE tiến đến gần vùng chưa được khám phá của bản đồ hạt nhân

Nhiều nguyên tố nặng như vàng đã được hình thành trong các môi trường vũ trụ giàu các neutron – hãy nghĩ đến các siêu tân tinh hoặc các vụ sáp nhập sao neutron. Trong những thiết lập đó, các hạt nhân nguyên tử có thể bắt một cách nhanh chóng các neutron và trở nên nặng hơn, tạo nên những nguyên tố mới.

Trên đồ thị hạt nhân có các vùng đã được biết sắp xếp tất cả các hạt nhân đã biết theo số lượng các proton và neutron của chúng; bên cạnh đó có những hạt nhân còn chưa được khám phá, trường hợp của các hạt nhân có ít hơn 82 proton và trên 126 neutron. Đây là điều cốt lõi để chúng ta hiểu được các chi tiết của quá trình bắt neutron nhanh.

Các nhà nghiên cứu sử dụng thiết bị vật lý hạt nhân ISOLDE (CERN) đã tiến gần tới vùng chưa được ghi của biểu đồ hạt nhân với một nghiên cứu đầu tiên không liên quan trực tiếp đến quá trình bắt neutron nhanh, hay “r-process”, nhưng gần gũi với hàng xóm của hạt nhân r-process nằm trong vùng gần như chưa được khám phá. Theo cách đó, ²⁰⁷Hg có thể giúp tiết lộ một số bí mật hạt nhân của quá trình bắt neutron nhanh và rọi ánh sáng lên nguồn gốc của các nguyên tố nặng.

Để nghiên cứu về cấu trúc neutron của ²⁰⁷Hg, đầu tiên các nhà nghiên cứu đưa đồng vị thủy ngân ²⁰⁶Hg được tạo ra với hàng trăm đồng vị lạ khác tại ISOLDE bằng việc “đốt” chùm tia proton 1,4 tỉ electronvolt bằng máy gia tốc Proton Synchrotron Booster lên một bia chì nóng chảy. Đồng vị ²⁰⁶Hg, vốn có ít neutron trong hạt nhân hơn ²⁰⁷Hg, đã được gia tốc trong máy gia tốc HIE-ISOLDE để đạt năng lượng tới mức 1,52 tỉ electronvolts – mức năng lượng cao nhất đạt được trên HIE-ISOLDE. Các nhà nghiên cứu sau đó đã tập trung vào đồng vị ²⁰⁶Hg tại bia deuterium bên trong Hệ quang phổ kế ISOLDE Solenoidal (ISS), một quang phổ kế mới được phát triển có khả năng phát hiện các sự kiện trong đó đồng vị ²⁰⁶Hg bắt một neutron và đưa nó vào đồng vị ²⁰⁷Hg bị kích thích.

Từ việc phân tích các sự kiện đó, các nhà nghiên cứu đã xác định các năng lượng liên kết của các quỹ đạo hạt nhân trong đó các neutron bị bắt, đó là mức để bắt neutron được liên kết với các proton va neutron khác. Sau đó họ đưa các kết quả vào các mô hình lý thuyết quá trình bắt neutron nhanh để kiểm tra và thách thức các mô hình đó.

“Kết quả này đánh dấu khám phá đầu tiên của các cấu trúc neutron của các hạt nhân ²⁰⁷Hg, vẽ ra con đường cho các nghiên cứu thực nghiệm trong tương lai, với thiết bị ISS tại ISOLDE và tại các thiết bị vật lý hạt nhân thế hệ tiếp theo, với vùng hạt nhân hầu như chưa được vẽ, nơi có ²⁰⁷Hg”, nhà nghiên cứu chính Ben Kay từ Phòng thí nghiệm quốc gia Mĩ Argonne, nơi đi tiên phong kỹ thuật này.

“Nhờ ba yếu tố mà chúng tôi có thể thực hiện được nghiên cứu này: hệ gia tốc HIE-ISOLDE được hoàn thành cho phép các đồng vị phóng xạ được gia tốc  đến mức năng lượng gần với 10 triệu electronvolts trên mỗi proton hoặc neutron; việc lắp đặt ISS, một thiết bị chụp ảnh từ cũ được nâng cấp để nghiên cứu hạt nhân lạ với sự hợp tác của Anh, Bỉ và CERN; và cuối cùng, một hệ máy dò hạt từ Phòng thí nghiệm quốc gia Mĩ Argonne và cho phép thí nghiệm này được thực hiện trước khi bắt đầu ngừng vận hành hệ phức hợp máy gia tốc của CERN trong thời gian tới”, Gerda Neyens, người phát ngôn ISOLDE, nói.

Thanh Nhàn dịch

Nguồn: https://phys.org/news/2020-02-isolde-unexplored-region-nuclear-exotic.html