Wykonane obliczenia pozwalają przewidywać z niedostępną dotąd dokładnością szanse wytworzenia nowych izotopów pierwiastków superciężkich. W pracy opublikowanej w prestiżowym czasopiśmie Physics Letters B zaprezentowano najbardziej obiecujące kanały produkcji szerokiej gamy izotopów o liczbie atomowej od 112 do 118 w różnych konfiguracjach zderzeń jądrowych prowadzących do ich powstania. Przewidywania wydają się być wiarygodne, jako że potwierdzają je ze znakomitą zgodnością dane eksperymentalne dostępne dla procesów już przebadanych.

W pracy, która ukaże się w październikowym numerze prestiżowego czasopisma Physics Letters B międzynarodowy zespół pięciu naukowców zaprezentował nowe, niezwykle bogate i obiecujące wyniki przewidywań dla prawdopodobieństw (przekrojów czynnych) produkcji izotopów najcięższych pierwiastków o liczbach atomowych od 112 do 118. Obliczenia zostały przeprowadzone dla procesów fuzji indukowanej pociskami jądrowymi wapnia Ca-48 zgodnie z planami przyszłych eksperymentów.

Do tej pory, gdy liczono prawdopodobieństwa wytwarzania superciężkich izotopów, w ogóle nie brano pod uwagę efektów związanych z powłokowym charakterem punków siodłowych w rozszczepieniu jąder atomowych.  Wszyscy badacze zakładają brak efektów kwantowych dla tej kluczowej w procesie rozszczepienia konfiguracji jądrowej. My te efekty uwzględniliśmy, a co więcej podaliśmy przepis ich tłumienia wraz ze wzrostem temperatury tworzącego się superciężkiego układu jądrowego. Takie obliczenia nie były dotąd prezentowane nigdzie w literaturze.

Aby uzyskać swój wynik uczeni posłużyli się metodą statystyczną, generując miliony stanów nad stanem podstawowym i wspominanym punktem siodłowym. Metodę i wyniki opisali szczegółowo w równolegle skierowanej do publikacji pracy. Mając te wyniki można było dość prosto policzyć prawdopodobieństwo przetrwania jąder wytworzonych w wyniku konkretnego zderzenia pocisku i odpowiednio dobranej tarczy. Po prostu, korzystając z podstawowej definicji prawdopodobieństwa przetrwania jądra złożonego, właściwie bez stosowania przybliżeń, oszacowaliśmy współzawodnictwo rozszczepienia z rożnymi innymi kanałami rozpadu.

Badając stabilność i analizując możliwe kanały rozpadu tworzonych jąder, badacze uwzględnili zarówno rozpady poprzez emisję neutronów, jak i protonów oraz cząstek alfa. Wyniki zaprezentowane w pracy bardzo dobrze zgadzają się z danymi uzyskanymi w przeprowadzonych już eksperymentach. Jednocześnie autorzy wskazują na najbardziej obiecujące kanały produkcji nowych, nie wytwarzanych dotąd izotopów, które mogłyby być wykorzystane w przyszłych planowanych eksperymentach. Rewelacyjna zgodność z istniejącymi funkcjami wzbudzania (prawdopodobieństwami syntezy jąder superciężkich) pozwala mieć zaufanie do zaprezentowanych prognoz i przewidywań. Szczególnie obiecujące dla niektórych kombinacji tarcza-pocisk okazują się być kanały z emisją jednego protonu lub jednej cząstki alfa. Ten wynik jest intrygujący, gdyż może prowadzić do zupełnie nowych, nieznanych dziś izotopów jąder superciężkich. Ponieważ zaproponowane kanały reakcji nie są nadmiernie egzotyczne, a raczej łatwo dostępne w eksperymencie, już wkrótce okaże się czy przewidywania uczonych co do możliwości produkcji tych nowych wyjątkowo ciężkich izotopów się potwierdzą.

Prace oryginalne są dostępne publicznie:

„Possibilities of direct production of superheavy nuclei with Z=112–118 in different evaporation channels”, J.Hong, G.G.Adamian, N.V.Antonenko, P.Jachimowicz, M.Kowal; Physics Letters B, Volume 809, 10 October 2020, 135760
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269320305633

“Level-density parameters in superheavy nuclei” A. Rahmatinejad, A. N. Bezbakh, T. M. Shneidman, G. Adamian, and N. V. Antonenko, P. Jachimowicz, M. Kowal
https://arxiv.org/pdf/2005.08685.pdf

Zakład Fizyki Teoretycznej NCBJ zajmuje się badaniami podstawowych składników materii oraz teoretycznym opisem fundamentalnych odziaływań pomiędzy nimi tak w skali mikro- jak i makro-świata. W Zakładzie prowadzone są prace z zakresu podstaw fizyki jądrowej (struktury i dynamiki) wysokich i niskich energii, w tym badania własności jąder ciężkich i superciężkich. Nasi naukowcy rozwijają też teorię cząstek elementarnych w tym modele supersymetryczne wychodzące poza dziś znany model standardowy oraz chromodynamikę kwantową badającą skład i odziaływanie nukleonów. W Zakładzie rozważane są także zagadnienia z zakresu fizyki zjawisk nieliniowych, fizyki plazmy oraz kondensatów atomowych. Kolejne dziedziny, w których prowadzone są prace to teoretyczna kosmologia i teorie grawitacyjne, a także teoria strun i jej implikacje.

Zdjęcie: Cyklotron DC-280 w Laboratorium Flerowa – Fabryce Superciężkich Pierwiastków w Zjednoczonym Instytucie Badań Jądrowych w Dubnej. Credit: JINR