Yhdysvaltain tutkijat ovat käyttäneet uutta ja innovatiivista menetelmää vaikeasti saavutettavan helium-8-isotoopin luomiseen, sieppaamiseen ja tutkimiseen. Yhdysvaltain energiaministeriön Argonnen kansallisen laboratorion fyysikot ovat ”laserloukun” avulla fyysisesti kartoittaneet A-atomin jakauman ja voivat auttaa meitä ymmärtämään eksoottisten neutronitähtien taustalla olevaa tiedettä.
Joten miten "vangitset" helium-8-isotoopin? Vastaus on kaukana yksinkertaisesta, mutta argonne-fyysikko Peter Mueller on löytänyt ratkaisun. GANIL-syklotronilaitoksen avulla Pohjois-Ranskassa voidaan tuottaa helium-4, 6 ja toisinaan helium-8-isotooppeja. Tämä on yksi harvoista syklotronista, ja maailmassa on tarpeeksi energiaa helium-8-isotoopin tuottamiseksi. Hiukkasten luominen on erittäin hyvää, mutta helium-8: n erottamiseksi muista heliumin isotooppisisarttuistaan tarvitaan älykäs ja erittäin tarkka laser “vankila”, jotta raskaampi helium-isotooppi putoaa, samalla kun sallii muiden, kevyempien isotooppien lentää suoraan läpi.
Vankilaporttien “tankoina” toimiessaan kuusi laseria kohdistetaan tarkasti sellaiseen etäisyyteen, että vain helium-8-mittojen isotoopit jäävät loukkuun. Kohdistettuna helium-8 putoaa niiden väliin, ja jos isotooppi yrittää paeta, työntövoimat pitävät isotoopin paikallaan. Kun tarpeeksi aikaa on annettu kulkea (noin yksi helium-8-atomi syntyy kahden minuutin välein), joukkue ampuu vielä kaksi laseria keskelle samalla taajuudella kuin helium-8: n resonanssitaajuus. Jos laservankila hehkuu, helium-8 on vangittu.
Heliumin yleisimmässä, vakaassa muodossa on kaksi protonia ja kaksi neutronia. Heliumilla voi olla myös kaksi epävakaa isotoopit, helium-6 (neljä neutronia) ja helium-8 (kuusi neutronia). Epästabiileissa isotoopeissa ylimääräiset neutronit muodostavat "halo" kompaktin keskeisen ytimen ympärille (kuvassa yllä). Helium-6: ssa on halogeeni, joka sisältää kaksi neutronia, ja helium-8: ssa on halogeeni, jossa on neljä neutronia. Kaksi neutronia sisältävässä halogeenissa helium-6: lla on erottuva ”heiluminen”, koska halo-neutronit järjestäytyvät epäsymmetrisesti ytimen ympärille (ts. Ne kimppuvat yhteen). Tämä kaltevuus siirtää tasapainon keskipisteen pois ytimestä ja kohti kohti neutronien haloparia. Toisaalta helium-8 heiluu vähemmän, kun neljä halo-neutronia järjestäytyvät symmetrisemmin ytimen ympärille. Laserloukku on ainoa menetelmä, jonka tiedetään tarttuneen helium-8-atomiin, ja tämän vuoksi sen halogeenin rakenne voidaan lopulta analysoida niin suurella tarkkuudella.
Helium-8: n ominaisuuksien mittaaminen on monimutkaista sen radioaktiivisuuden perusteella. Helium-8: n puoliintumisaika on vain kymmenesosa sekunnista, joten kaikki atomin mittaukset on suoritettava heti, kun ”vankilan hehku” havaitaan. Mittaukset tehdään siksi “verkossa”, mikä on sinänsä vaikea tehtävä.
Harvinaisen helium-8-isotoopin havaitseminen on tärkeä askel hiukkasfyysikoille ja astrofysiikille. On tärkeää ymmärtää, kuinka heliumi konfiguroituu itsensä hiukkaskiihdyttimestä tuotannon jälkeen, mutta se on hyödyllinen myös ymmärtäessä kosmisten kappaleiden, kuten neutronitähteiden, ominaisuuksia. Argonne-kokeen vaikutukset ovat hyödyllisiä, kun parempia spektroskopisia havaintoja tulee saataville, joten helium-8-rakenteen allekirjoitus voidaan havaita muualla kuin maapallolla.
Lähde: Physorg.com
