Máy phát proton nặng nhất: Khám phá một dạng hạt nhân nguyên tử mới
Lần đầu tiên sau ba thập niên, người ta đo đạc được sự phân rã hạt nhân nặng hất thông qua phát xạ proton. Đột phá tương tự trước đây diễn ra vào năm 1996.
Sự phân rã phóng xạ của hạt nhân nguyên tử là một trong những cột mốc quan trọng của vật lý hạt nhân kể từ thời điểm bắt đầu nghiên cứu hạt nhân. Hiện giờ, sự phân rã hạt nhân nặng nhất thông qua phát xạ proton đã được đo đạc tại Phòng thí nghiệm máy gia tốc ĐH Jyväskylä, Phần Lan.
“Phát xạ proton là một dạng hiếm của phân rã phóng xạ khi hạt nhân giải phóng một proton để tiến thêm một bước tới sự bền vững,” nghiên cứu sinh Henna Kokkonen của ĐH Jyväskylä nói.
Khó nghiên cứu hạt nhân lạ nhưng không phải là không thể
Hạt nhân mới cho đến nay là đồng vị nhẹ nhất được biết của, 188At, bao gồm 85 protons và 103 neutron. Vô cùng khó để nghiên cứu về hạt nhân lạ này do thời gian sống cực ngắn và được tạo ra ở mức rất nhỏ, vì vậy cần những kỹ thuật vô cùng chính xác để đo đạc.
Kalle Auranen của trường đại học Jyväskylä giải thích “Hạt nhân này được tạo ra trong một phản ứng nhiệt hạch – bay hơi (một phản ứng bao gồm sự tổng hợp của hai hạt nhân nguyên tử, được nối tiếp bằng sự phát xạ của các hạt, chủ yếu là các neutron, proton, các hạt alpha…, từ các hạt nhân thành phần thu được để đạt được một trạng thái bền. Phản ứng này được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc hạt nhân và tạo ra các nguyên tố mới, thường ở những vùng xa của ‘thung lũng bền’).
“Hạt nhân này đã được tạo ra trong một phản ứng nhiệt hạch – bay hơi với việc bắn chùm ion 84Sr vào bia bạc tự nhiên. Chúng tôi nhận diện được đồng vị mới qua máy dò được đặt tại thiết bị phân tách giật lùi hạt nhân RITU”.
Phát hiện mới về hạt nhân nặng
Thêm vào kết quả thực nghiệm, nghiên cứu đã mở rộng mô hình lý thuyết để giải thích dữ liệu đo đạc được. Thông qua mô hình này, người ta phát hiện ra là hạt nhân này có hình dạng thon dài ‘giống như quả dưa hấu”.
“Các đặc tính của hạt nhân cho thấy một thay đổi mang tính xu hướng trong kết hợp năng lượng của proton hóa trị”, Kokkonen nói. “Có thể giải thích cho hiện tượng này là do một tương tác chưa biết trong hạt nhân nặng”.
Nghiên cứu này là một phần luận văn tiến sĩ của Kokkonen và là một hướng nghiên cứu xuất phát từ luận văn cao học của cô, trong đó cô khám phá một dạng mới của hạt nhân nguyên tử, 190-astatatine. Bài báo từ luận văn đã được xuất bản trên tạp chí Physical Review C năm 2023.
“Các phát hiện đồng vị đều vô cùng hiếm và đây là lần thứ hai tôi có cơ hội là một phần của phát hiện mang tính lịch sử này”, Kokkonen hào hứng nói. “Mỗi thí nghiệm đều là thách thức và tôi cảm thấy thật tự hào làm khoa học để cải thiện những hiểu biết về giới hạn của vật chất và cấu trúc của hạt nhân nguyên tử”.
Bài báo này cũng là một phần trong một dự án nghiên cứu hợp tác quốc tế, bao gồm cả các chuyên gia lý thuyết vật lý hạt nhân. Nghiên cứu này được xuất bản trên tạp chí Nature Communications ngày 29/5/2025.
Anh Vũ dịch từ ĐH Jyväskylä
