Ketepatan Menimbang Unsur Atom Paling Berat Nobelium

8 tahun ago kesimpulan 0
(KeSimpulan) Memburu ketepatan dalam pengukuran massa untuk elemen berat yang membusuk perlahan-lahan. Para peneliti menggunakan perangkap khusus untuk menangkap dan mengukur berat tiga isotop dari superheavy element nobelium, elemen yang sejauh memiliki massa paling berat yang diukur secara langsung.

Pengukuran merupakan langkah penting menemukan ‘island of stability’, sebuah kelas kecil dari elemen berat di mana fisikawan berpikir bahwa kemungkinan besar akan tetap stabil selama beberapa menit, hari, atau bahkan bertahun-tahun. Penelitian yang diterbitkan pekan ini di Nature, juga akan membantu memperbaiki deskripsi dari atom terberat yang pernah diujicoba.

Unsur paling berat yang terjadi secara alami di bumi adalah uranium, tetapi para ilmuwan disintesis pada 25 unsur-unsur yang lebih berat dengan menggunakan akselerator partikel. Beberapa unsur ini stabil selama bertahun-tahun (seperti plutonium), tetapi sebagian besar hanya berlangsung beberapa detik atau kurang sebelum membusuk oleh fisi nuklir menjadi unsur yang lebih ringan.

Menentukan dengan tepat superheavy massa atom unsur-unsur ini tidak berarti sebuah prestasi, kata Michael Block, fisikawan nuklir dari GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research di Darmstadt, Jerman. Sampai sekarang, fisikawan hanya bisa memperkirakan massa unsur-unsur berat secara tidak langsung dengan menambahkan massa dan energi yang lebih stabil dari turunan inti yang dibuat ketika sebuah elemen berat meluruh.

Namun massa inti yang berat lebih dari sekadar jumlah bagian-bagiannya, karena energi yang mengikat sebuah elemen proton dan neutron secara bersama-sama juga berkontribusi dengan massanya, seperti yang diperkirakan oleh rumus terkenal Albert Einstein E = mc2. Estimasi tidak langsung dari massa tidak selalu mendapatkan ikatan energi ini secara benar.

Untuk mengukur massa unsur-unsur superheavy secara langsung ini, Block dan rekan-rekannya untuk pertama dilakukan oleh mereka, menggunakan akselerator untuk memisahkan atom kalsium atom ke target yang terbuat dari timah. Dalam kasus yang jarang, inti atom ini bertabrakan dan melebur untuk membentuk inti yang lebih berat. Kira-kira sekali setiap detik, pedal gas memuntahkan nobelium sebuah isotop, unsur sintetis yang dapat hidup hanya untuk milidetik atau beberapa menit, tergantung pada jumlah neutron itu.

Setelah peneliti telah membuat nobelium, mereka dengan cepat harus terpisah dari triliunan atom lain yang melewati target utama. Untuk melakukan itu, tim menggunakan kombinasi khusus magnetik dan medan listrik, yang memungkinkan nobelium melewati genta, sementara pematik berhamburan, inti bergerak cepat. Nobelium berat kemudian melambat dengan memberi umpan sel-sel melalui inert yang diisi dengan gas helium. Akhirnya, massa nobelium diukur di dalam perangkap, sebuah perangkat yang menggunakan listrik dan magnet untuk membuat atom nobelium berputar dalam sebuah lingkaran. Mengukur kecepatan berputar memberikan pengukuran langsung dari massa.

Dengan menggunakan teknik ini, Block mengatakan bahwa “kita telah mampu meningkatkan akurasi oleh massa yang dikenal cukup banyak”. Perangkap dapat mengukur sebuah atom dengan akurasi yang setara dengan berat 100 kilogram hingga turun ke skala miligram. Dalam kasus isotop tunggal, nobelium-253, pengukuran baru adalah menunjuk lima faktor lebih baik dari perkiraan sebelumnya.

Rolf-Dietmar Herzberg, fisika nuklir dari University of Liverpool, Inggris, begitu terkesan dengan pengukuran ini di mana ia tergantung dari hasil di dinding laboratorium-nya. “Ini pekerjaan yang sangat bagus,” kata Herzberg.

Secara akurat mengukur massa unsur-unsur seperti nobelium akan memungkinkan para ilmuwan untuk meningkatkan pencarian mereka pada unsur-unsur stabil yang lebih berat, termasuk yang dianggap bagian dari island of stability. Wilayah ini pada tabel nuklida (yang plot-plot nomor neutron terhadap nomor proton) adalah rumah bagi unsur-unsur yang jauh lebih berat daripada apa pun yang belum terlihat. Kerja terbaru ini akan memungkinkan para ilmuwan untuk mengukur massa tersebut lebih akurat, tanpa bermasalah dengan ini para turunannya.

Beberapa inti diyakini stabil selama bertahun-tahun atau lebih, yang berarti bahwa mereka dapat disimpan untuk jangka waktu yang lama, menunjukkan masa depan yang mungkin digunakan sebagai “hyper-efficient nuclear fuels for deep-space travel“.

Tetapi pekerjaan ini juga bernilai untuk jangka pendek, kata Herzberg. Teori nuklir saat ini tidak dapat memprediksi secara tepat massa atau struktur nuklir untuk unsur-unsur paling berat. Pengukuran langsung akan membantu, misalnya, menjadikan lebih efisien metode pembuangan limbah nuklir dengan membantu pin struktur bawah bahan yang membusuk.[Block, M. et al. Nature 463, 785-788 (2010)]