نظائر المغنيسيوم في إعداد السجلات – ScienceDaily

بالتعاون مع فريق دولي من الباحثين ، ساعدت جامعة ولاية ميشيغان في إنشاء أخف نسخة ، أو نظير ، من المغنيسيوم في العالم حتى الآن.

تم تشكيل هذا النظير في مختبر السيكلوترون الوطني فائق التوصيل في جامعة ولاية ميشيغان ، أو NSCL ، وهو غير مستقر للغاية ، ويتفكك قبل أن يتمكن العلماء من قياسه مباشرة. ومع ذلك ، فإن هذا النظير غير الحريص على الموجود يمكن أن يساعد الباحثين على فهم أفضل لكيفية تكوين الذرات التي تحدد وجودنا.

بقيادة باحثين من جامعة بكين في الصين ، ضم الفريق علماء من جامعة واشنطن في سانت لويس ، جامعة ولاية ميشيغان ، ومؤسسات أخرى.

قال كايل براون ، أستاذ الكيمياء المساعد في منشأة Rare Isotope Beams ، أو FRIB: “أحد الأسئلة الكبيرة التي أهتم بها هو من أين تأتي عناصر الكون”. كان براون أحد قادة الدراسة الجديدة التي نشرتها المجلة على الإنترنت في 22 ديسمبر خطابات المراجعة المادية.

“كيف تصنع هذه العناصر؟ كيف تحدث هذه العمليات؟” سأل براون.

لن يجيب النظير الجديد على هذه الأسئلة بمفرده ، لكنه يمكن أن يساعد في تحسين النظريات والنماذج التي يطورها العلماء لمراعاة مثل هذه الألغاز.

تمتلئ الأرض بالمغنيسيوم الطبيعي ، الذي نشأ منذ فترة طويلة في النجوم ، والذي أصبح منذ ذلك الحين مكونًا رئيسيًا لنظامنا الغذائي والمعادن في قشرة الكوكب. لكن هذا المغنيسيوم مستقر. النواة الذرية ، أو النواة ، لا تنهار.

ومع ذلك ، فإن نظير المغنيسيوم الجديد غير مستقر للغاية بحيث لا يمكن العثور عليه في الطبيعة. ولكن باستخدام مسرعات الجسيمات لصنع نظائر غريبة بشكل متزايد مثل هذا ، يمكن للعلماء دفع حدود النماذج التي تساعد في شرح كيفية بناء جميع النوى والبقاء معًا.

وهذا بدوره يساعد في التنبؤ بما يحدث في البيئات الكونية المتطرفة التي قد لا نتمكن أبدًا من تقليدها مباشرة أو القياس من الأرض.

قال براون: “من خلال اختبار هذه النماذج وجعلها أفضل وأفضل ، يمكننا استقراء كيفية عمل الأشياء حيث لا يمكننا قياسها”. “نحن نقيس الأشياء التي يمكننا قياسها للتنبؤ بالأشياء التي لا يمكننا قياسها.”

تساعد NSCL العلماء في جميع أنحاء العالم على زيادة فهم البشرية للكون منذ عام 1982. وستواصل FRIB هذا التقليد عندما تبدأ التجارب في عام 2022. FRIB هي وزارة الطاقة الأمريكية ، مكتب العلوم ، أو DOE-SC ، مرفق مستخدم ، يدعم مهمة مكتب DOE-SC للفيزياء النووية.

قال براون: “ستقيس FRIB الكثير من الأشياء التي لم نتمكن من قياسها في الماضي”. “لدينا بالفعل تجربة معتمدة للتشغيل في FRIB. ويجب أن نكون قادرين على إنشاء نواة أخرى لم يتم إنشاؤها من قبل.”

بالتوجه إلى تلك التجربة المستقبلية ، شارك براون في أربعة مشاريع مختلفة صنعت نظائر جديدة. يتضمن الأحدث ، المعروف باسم المغنيسيوم 18.

تحتوي جميع ذرات المغنيسيوم على 12 بروتونًا داخل نواتها. في السابق ، كانت النسخة الأخف من المغنيسيوم تحتوي على 7 نيوترونات ، مما يعطيها إجمالي 19 بروتونات ونيوترون – ومن هنا جاءت تسميتها على أنها مغنيسيوم -19.

لصنع المغنيسيوم 18 ، وهو أخف بمقدار نيوترون واحد ، بدأ الفريق بنسخة مستقرة من المغنيسيوم ، المغنيسيوم 24. قام السيكلوترون في NSCL بتسريع شعاع من نوى المغنيسيوم 24 إلى حوالي نصف سرعة الضوء وأرسل هذا الشعاع إلى الهدف ، وهو عبارة عن رقائق معدنية مصنوعة من عنصر البريليوم. وهذه كانت الخطوة الأولى فقط.

قال براون: “يمنحك هذا الاصطدام مجموعة من النظائر المختلفة أخف من المغنيسيوم 24”. “ولكن من هذا الحساء ، يمكننا اختيار النظير الذي نريده.”

في هذه الحالة ، هذا النظير هو مغنيسيوم -20. هذا الإصدار غير مستقر ، مما يعني أنه يتحلل ، عادة في غضون أعشار من الثانية. لذا فإن الفريق يعمل على مدار الساعة لجعل المغنيسيوم 20 يصطدم بهدف آخر من البريليوم على بعد حوالي 30 مترًا أو 100 قدم.

قال براون: “لكنها تسير بنصف سرعة الضوء”. “تصل إلى هناك بسرعة كبيرة.”

إن ذلك الاصطدام التالي هو الذي ينتج المغنيسيوم 18 ، والذي له عمر في مكان ما في الملعب يبلغ جزء من المليون من الثانية. هذا هو الوقت القصير الذي لا يغطي فيه المغنيسيوم 18 نفسه بالإلكترونات ليصبح ذرة كاملة قبل أن ينهار. توجد فقط كنواة عارية.

في الواقع ، إنه وقت قصير بحيث لا يترك المغنيسيوم 18 هدف البريليوم أبدًا. يتحلل النظير الجديد في داخل الهدف.

هذا يعني أنه لا يمكن للعلماء فحص النظير مباشرة ، لكن يمكنهم وصف العلامات الدالة على تحللها. يقوم المغنيسيوم 18 أولاً بإخراج بروتونين من نواته ليصبح نيون 16 ، والذي يقذف بعد ذلك بروتونين آخرين ليصبح الأكسجين 14. من خلال تحليل البروتونات والأكسجين التي تفلت من الهدف ، يمكن للفريق استنتاج خصائص المغنيسيوم 18.

قال براون: “كان هذا جهدًا جماعيًا. عمل الجميع بجد في هذا المشروع”. “إنه أمر مثير للغاية. لا يكتشف الناس كل يوم نظيرًا جديدًا.”

ومع ذلك ، يضيف العلماء إدخالات جديدة كل عام إلى قائمة النظائر المعروفة ، والتي يبلغ عددها بالآلاف.

قال براون: “نضيف قطرات إلى دلو ، لكنها قطرات مهمة”. “يمكننا وضع أسمائنا على هذا ، ويمكن للفريق بأكمله. ويمكنني أن أخبر والديّ أنني ساعدت في اكتشاف هذه النواة التي لم يرها أحد من قبل.”

تم دعم هذا البحث من قبل: مكتب الفيزياء النووية بوزارة الطاقة – SC تحت المنحة رقم. DE-FG02-87ER-40316 ؛ مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية تحت المنحة رقم. PHY-1565546 ؛ مختبر الدولة الرئيسي للفيزياء والتكنولوجيا النووية ، جامعة بكين بموجب المنحة رقم. NPT2020KFY1 ؛ البرنامج الوطني للبحث والتطوير في الصين تحت المنحة رقم. 2018YFA0404403 ؛ والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين تحت رقم المنحة. 12035001 و 11775003 و 11975282 و 11775316. تم تقديم دعم إضافي من قبل مجلس المنح الدراسية الصيني بموجب المنحة رقم. 201806010506.

NSCL هي منشأة مستخدم وطنية تمولها National Science Foundation ، وتدعم مهمة برنامج الفيزياء النووية في قسم الفيزياء NSF.

تدير جامعة ولاية ميتشيغان (MSU) مرفق حزم النظائر النادرة (FRIB) كمرفق مستخدم لمكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (DOE-SC) ، مما يدعم مهمة مكتب الفيزياء النووية التابع لوزارة الطاقة الأمريكية.

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.