Uluslararası bir araştırma ekibi, yeni bir nükleer parçacık konfigürasyonu keşfetti. Bu keşfedilen atom çekirdeği, daha önce hiç görülmemiş bir şekilde, bir proton fırlatarak bozunuyor. 85 proton ve 103 nötrondan oluşan bu atom çekirdeği, bu tür bir bozunma gösteren bilinen en ağır ve astatin (At) elementinin bilinen en hafif izotoplarından biri olarak kayıtlara geçti.
Astatin elementi, Dünya üzerinde yalnızca daha ağır elementlerin bozunma ürünü olarak ve çok kısa sürelerle ortaya çıkar. Tüm izotopları radyoaktiftir ve yarı ömürleri saatlerden nanosaniyelere kadar değişir. Bu durum, astatini Dünya kabuğunda doğal olarak bulunan en nadir elementlerden biri yapar. Küresel olarak herhangi bir anda 1 gramdan az astatinin var olduğu tahmin edilmektedir ve bu miktar da yalnızca çok kısa sürelerle gözlemlenir.
Yapılan yeni çalışmada, araştırmacılar proton emisyonu yoluyla bozunan novel bir astatin izotopu ortaya koyuyor. Atom çekirdekleri genellikle nötron ve protonları birlikte alfa parçacıkları olarak yayarak veya elektron veya pozitron yayarak beta bozunumu yoluyla kararlılık kazanır. Proton emisyonu ise oldukça nadir bir radyoaktif bozunma biçimidir.
Bu tür egzotik çekirdekleri, yani sıra dışı sayıda proton ve nötron içeren ve bu nedenle oldukça kararsız ve hızlı bozunmaya meyilli atom çekirdeklerini incelemek kolay değildir. Bu çekirdeklerin çok kısa ömürleri, onları üretmek ve incelemek için gelişmiş yöntemler gerektirir.
Araştırmacılar, bu yeni atom çekirdeğini, iki çekirdeğin çarpışıp birleşmesiyle kararlılık kazanmak için parçacıkları dışarı attığı bir füzyon-buharlaştırma reaksiyonu kullanarak Jyväskylä Üniversitesi Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda ürettiler. Bu reaksiyon, 84Sr iyon ışınının doğal gümüş hedefine bombardıman edilmesiyle gerçekleştirildi.
Reaksiyon sonrası oluşan kalıntılar, laboratuvarın gaz dolu geri tepme ayırıcı ünitesi kullanılarak izole edildi ve ardından bir spektrometre ve bir çift dedektör ile analiz edildi. Araştırmacılar, deneysel verileri yorumlamak amacıyla, deforme olmuş çekirdeklerin yapısını ve mekanizmalarını aydınlatan, nükleer fizikteki 'non-adiyabatik quasiparticle modeli' olarak bilinen teorik bir çerçeveyi de genişlettiler.
Model, ölçülen bozunma hızını doğru bir şekilde yeniden üreterek, çekirdeğin muhtemelen prolat sferoit yani kutupları arasındaki mesafenin ekvator çapından daha büyük olduğu yuvarlak bir nesne olduğunu öne sürdü. Başka bir deyişle, çekirdek karpuz şeklindeydi. Bu şeklin kesin nedenleri henüz belirsizliğini koruyor ancak araştırmacılara göre daha derin gizemlere işaret ediyor.
Çekirdeğin özellikleri, valans protonun bağlanma enerjisinde bir eğilim değişikliğine işaret ediyor. Bu durum, ağır çekirdeklerde daha önce görülmemiş bir etkileşimle açıklanabilir. Bu tür araştırmalar, maddenin yapı taşları hakkında yeni bilgiler sunarak, Evren hakkında birçok farklı şekilde faydalı olabilecek temel bilgiler sağlayabilir.
Araştırmacılar, 188At'nin daha fazla gözleminin, bu tür egzotik çekirdeklerin nasıl geliştiği ve bozunduğu konusundaki belirsizlikleri gidermek için gerekli olduğunu belirtiyor. Ayrıca, proton emisyonu yoluyla bozunması muhtemel olan ve henüz bilinmeyen 189At izotopunun bozunmasını incelemenin de aynı derecede ilginç olacağı ifade ediliyor.
