Americkí vedci použili novú a inovatívnu metódu na vytvorenie, zachytenie a štúdium nepolapiteľného izotopu hélia-8. Použitím „laserovej pasce“ fyzici v Argonnom národnom laboratóriu amerického ministerstva energetiky presne zmapovali rozdelenie atómu a mohli by nám pomôcť pochopiť vedu za exotickými neutrónovými hviezdami.
Ako teda „zachytíte“ izotop hélia-8? Odpoveď nie je ani zďaleka jednoduchá, ale argonský fyzik Peter Mueller našiel riešenie. Použitím cyklotrónového zariadenia GANIL v severnom Francúzsku sa môžu vytvárať izotopy hélia-4, 6 a príležitostne hélium-8. Toto je jeden z mála cyklotrónov vo svete, ktorý má dostatok energie na generovanie izotopu hélia-8. Je to veľmi dobre vytvárajúca častica, ale na oddelenie hélia-8 od ostatných súrodencov héliových izotopov je potrebné chytré a vysoko presné laserové „väzenie“, do ktorého sa ťažšie izotopy hélia môžu dostať, zatiaľ čo ostatným ľahším izotopom umožňuje preletieť rovno.
Ako „tyče“ väzenských brán je šesť laserov presne zarovnaných v takom rozstupe, že sú zachytené iba izotopy s rozmermi hélia-8. Keď sú zarovnané, hélium-8 medzi nimi spadne, a ak sa izotop pokúsi uniknúť, odpudivé sily udržujú izotop v pokoji. Akonáhle je dostatok času na prechod (asi jeden atóm hélia-8 je generovaný každé dve minúty), tím vystrelí ďalšie dva lasery do stredu pri rovnakej frekvencii ako rezonančná frekvencia hélia-8. Ak laserové väzenie žiari, bolo zachytené hélium-8.
Najbežnejšia stabilná forma hélia má dva protóny a dva neutróny. Hélium môže mať aj dve nestály izotopy, hélium-6 (štyri neutróny) a hélium-8 (šesť neutrónov). V nestabilných izotopoch tvoria ďalšie neutróny „halo“ okolo kompaktného centrálneho jadra (na obrázku vyššie). Hélium-6 má atóm halogénu obsahujúci dva neutróny a hélium-8 má atóm halogénu štyroch neutrónov. V halo obsahujúcom dva neutróny má hélium-6 výrazný „zvlnenie“, pretože halo neutróny sa usporiadajú asymetricky okolo jadra (t. J. Zhlukujú sa spolu). Táto prudkosť posúva centrum rovnováhy smerom od jadra a viac smerom k halo páru neutrónov. Na druhej strane hélium-8 kolísa menej, pretože štyri halo neutróny sa usporiadajú symetrickejšie okolo jadra. Laserový lapač je jediný spôsob, o ktorom je známe, že zachytáva atóm hélia-8, a preto je možné konečne analyzovať štruktúru jeho halogénu s tak vysokou mierou presnosti.
Meranie charakteristík hélia-8 je komplikované jeho rádioaktivitou. Hélium-8 má polčas rozpadu iba desatinu sekundy, takže pri zistení „žiarenia vo väzení“ sa musia okamžite vykonať všetky merania atómu. Merania sa preto vykonávajú „online“, čo je samo osebe náročná úloha.
Detekcia zriedkavého izotopu hélia-8 je hlavným krokom pre fyzikov častíc aj pre astrofyzikov. Je dôležité pochopiť, ako sa hélium konfiguruje po výrobe z urýchľovača častíc, ale je tiež užitočné pri pochopení vlastností kozmických telies, ako sú neutrónové hviezdy. Dôsledky experimentu v Argonne budú užitočné, keď budú k dispozícii lepšie spektroskopické pozorovania, aby sa mohol podpis štruktúry helium-8 detegovať inak ako na Zemi.
Zdroj: Physorg.com
