Jasny obraz świata w skali jądrowej
Jądro atomowe – złożone z określonej liczby protonów i neutronów – jest rdzeniem wszelkiej materii. Każdy atom składa się z dodatnio naładowanego jądra otoczonego chmurą ujemnie naładowanych elektronów. Chociaż jego istnienie zostało odkryte ponad 100 lat temu, naukowcy nadal nie do końca rozumieją jego charakterystykę. „Kluczową przeszkodą na drodze do zrozumienia właściwości jąder jest niepełna wiedza na temat siły oddziałującej między nukleonami, protonami i neutronami”, wyjaśnia Kieran Flanagan, profesor fizyki jądrowej na Uniwersytecie w Manchesterze (Zjednoczone Królestwo). „Jednak istnieją pewne jądra, które mają stosunkowo prostą strukturę. Te układy jądrowe nadają się idealnie do prowadzenia badań skutkujących lepszym zrozumieniem siły oddziaływania między nukleonami. Wiele z tych jąder jest jednak bardzo niestabilnych i można je zbadać tylko w wyspecjalizowanych obiektach jądrowych”.
Badania nad jądrami niestabilnymi
Wspierany przez UE projekt FNPMLS został uruchomiony w celu umożliwienia dokładniejszego pomiaru jąder niestabilnych i udostępnienia techniki pomiarowej, która miałaby znaczenie dla szerszego grona odbiorców naukowych. Cel ten osiągnięto dzięki opracowaniu metody o nazwie spektroskopia jonizacyjna rezonansu współliniowego (CRIS). Do prowadzenia pomiarów jąder w wysokiej rozdzielczości technika ta wykorzystuje spektroskopię laserową. Projekt został zrealizowany w instytucie ISOLDE w CERN, najważniejszym na świecie ośrodku badawczym wiązki promieniotwórczej. „Spektroskopia CRIS została po raz pierwszy zaproponowana we wczesnych latach osiemdziesiątych XX wieku jako sposób na jednoczesne uzyskiwanie bardzo precyzyjnych i czułych pomiarów”, dodaje Flanagan. „To może uczynić ją idealnym narzędziem do badania jąder niestabilnych”. Wprawdzie Flanagan i jego zespół zdołali już zademonstrować wysoką czułość metody CRIS, jednak eksperymentalne połączenie wysokiej precyzji z wysokiej czułości nie zostało jeszcze osiągnięte. „Głównym celem naszego projektu było wykazanie, że metoda CRIS pozwala to w ogóle osiągnąć”, mówi Flanagan. „Wynik ten udało się uzyskać dzięki opracowaniu nowatorskiej metody światła przerywanego, w której etapy rezonansu i jonizacji są opóźnione względem siebie. To pozwoliło nam podnieść rozdzielczość przeszło 50-krotnie”.
Postęp teorii jądrowej
Projekt FNPMLS bazuje na tym, co Flanagan nazywa „cichą rewolucją” w teorii jądrowej – gwałtownym rozszerzaniu mocy obliczeniowej. Dzięki temu naukowcy zajmujący się fizyką jądrową zyskali możliwość dokładniejszego przewidywania właściwości jąder. Dla Flanagana ten projekt to kontynuacja postępów w dziedzinie fizyki jądrowej, która potencjalnie wyposaży naukowców w cenne narzędzie, pozwalające na lepsze zrozumienie podstawowych oddziaływań jądrowych. Eksperymenty przeprowadzone w ramach projektu pomogły już pogłębić wiedzę na temat jąder atomowych i wniosły wkład do teorii jądrowej. „Czułość metody CRIS otworzyła nowe możliwości badania niestabilnych cząsteczek radioaktywnych, takich jak monofluorek radu (RaF)”, mówi Flanagan. „Ze względu na trudności związane z przygotowaniem radioaktywnych próbek RaF nie prowadzono żadnych badań eksperymentalnych. Jednak po raz pierwszy byliśmy w stanie zmierzyć strukturę molekularną RaF i zademonstrować metodę CRIS jako idealne narzędzie do badania tych układów krótkotrwałych”. Wysoka czułość metody CRIS nadaje się również do ulepszania innych technik badawczych. Obejmuje to między innymi poprawę wydajności spektrometrii mas z jonizacją w plazmie indukcyjnie sprzężonej (ICP-MS). Technika ta ma szereg żywotnych zastosowań, na przykład przy charakteryzowaniu niskoaktywnych odpadów jądrowych i rekultywacji gruntów. „Od tego czasu nawiązaliśmy współpracę z brytyjskim National Nuclear Laboratory i Nuclear Decommissioning Authority”, podkreśla uczony. „Otrzymaliśmy również stypendium na otwarcie przewodu doktorskiego, aby rozpocząć prace nad opracowaniem tej koncepcji”.
Słowa kluczowe
FNPMLS, jądrowy, jądro, proton, elektron, nukleon, spektroskopia, fizyka
