V Centru FAIR v Nemčiji do nepričakovanih asimetričnih cepitev
V evropskem centru za raziskave z ioni in antiprotoni FAIR v Darmstadtu v Nemčiji so v eksotičnih jedrih s pomanjkanjem nevtronov opazili nepričakovane asimetrične cepitve. Raziskovalke in raziskovalci iz trinajstih držav so predstavili meritve porazdelitve naboja cepitvenih fragmentov za 100 eksotičnih cepitvenih sistemov, od katerih jih 75 še ni bilo izmerjenih. V prebojnem eksperimentu jedrske fisije so v začetnem delovanju projekta sodelovali tudi raziskovalci Instituta “Jožef Stefan”, objavljen pa je bil v najprestižnejši znanstveni reviji Nature.
Sodelovanje in projekti znanstvenikov iz različnih držav v zadnjih letih postajajo vse pomembnejši, njihova spoznanja pa na različne načine prelomna. Evropski center za raziskave z ioni in antiprotoni FAIR v Darmstadtu v Nemčiji je eden največjih projektov za temeljne raziskave na svetu. Približno 3.000 znanstvenikov iz več kot 50 držav že sodeluje pri načrtovanju in izvedbi znanstvenega programa in eksperimentalnih objektov; v njem sodeluje trenutno devet polnopravnih članic (Slovenija, Finska, Francija, Indija, Nemčija, Poljska, Romunija, Rusija in Švedska) in en pridruženi partner FAIR-a (Velika Britanija).
Raziskovalke in raziskovalci že pridobivajo dragocene izkušnje pri sodelovanju v operacijah FAIR. Trenutno poteka Faza 0, ki omogoča izvedbo privlačnega fizikalnega programa in obenem izobraževanje in pripravo naslednje generacije naših znanstvenikov in inženirjev za FAIR. V okviru FAIR Faze 0 raziskovalnega programa so dr. Jelena Vesić, dr. Aleksandra Cvetinović, dr. Tilen Brecelj in dr. Isabela Tišma z Instituta »Jožef Stefan« sodelovali pri prebojnem eksperimentu jedrske fisije, ki je objavljen v reviji Nature.
Jedrska fisija oz. cepitev jedra je proces, med katerim se jedro atoma močno deformira, preden se razdeli na dva fragmenta, ki sproščata energijo. Tradicionalno jo primerjamo z delitvijo tekoče kapljice, kar predstavlja dinamični razvoj sestavljenega jedra. Ta pogled se je razširil tudi na ključne mikroskopske strukturne učinke, ki so posledica kvantnega obnašanja. Kljub temu, da so bili odkriti pred več kot 85 leti, zapleteno prepletanje makroskopskih in mikroskopskih učinkov predstavlja pomemben teoretični izziv, ki ga je še potrebno rešiti
Razumevanje porazdelitve nastalih delcev po cepitvi presega zgolj znanstveno radovednost, saj vpliva na proizvodnjo energije na Zemlji, varnost jedrskih reaktorjev in različne astrofizikalne pojave. Poznavanje porazdelitve mase in naboja cepitvenih fragmentov je pomembno za ocenjevanje kritičnosti v jedrskih reaktorjih, saj lahko nekateri cepitveni fragmenti zajamejo nevtrone in prekinejo jedrsko verižno reakcijo.
Jedrska fisija vodi do cepitve jedra na dva fragmenta. Preučevanje porazdelitve mas in nabojev nastalih fragmentov je bistvenega pomena za razumevanje fisijskih mehanizmov in izboljšanje teoretičnih modelov. Zelo je pomembno za razumevanje r-procesa nukleosinteze, pri katerem je cepitev jeder z ekstremnimi razmerji med nevtroni in protoni ključnega pomena za določanje astrofizikalnih deležev, razumevanje porekla elementov ter za energetske aplikacije. Čeprav je asimetrična porazdelitev fragmentov dobro znana za aktinide, simetrična cepitev prevladuje pri procesu cepitve lažjih elementov. Vendar pa so v eksotičnih jedrih s pomanjkanjem nevtronov opazili nepričakovane asimetrične cepitve, kar je spodbudilo obsežne nadaljnje preiskave.
Raziskovalke in raziskovalci so predstavili meritve porazdelitve naboja cepitvenih fragmentov za 100 eksotičnih cepitvenih sistemov, od katerih jih 75 še ni bilo izmerjenih, in vzpostavili povezavo med sub-svinčevo regijo s pomanjkanjem nevtronov in dobro razumljeno aktinidno regijo.
Pridobljeni nabor podatkov bo pomagal dodelati fisijske modele, ki se uporabljajo za oceno lastnosti jeder z ekstremnimi razmerji med nevtroni in protoni, za katere eksperimentalni podatki niso na voljo.
Dr. Jelena Vesić z Instituta »Jožef Stefan« je nacionalna koordinatorica v centru FAIR: »Članstvo Slovenije v FAIR-u je za slovenske znanstvenike izjemnega pomena. IJS že sodeluje pri načrtovanju, pripravi ter izgradnji eksperimentalne opreme za eksperimente. Strokovnjaki z IJS sodelujejo pri fizikalnem program NUSTAR, torej pri študijah jedrske strukture in reakcij eksotičnih atomskih jeder, ključnih pri oblikovanju snovi v vesolju, in že pridobivajo dragocene izkušnje pri sodelovanju v operacijah faze 0 raziskovalnega programa. Prav tako je zelo pomembna mednarodna udeležba, ker med drugim omogoča dostop slovenskih znanstvenikov do najsodobnejše zelo zmogljive opreme.
Vrhunska znanstvena problematika, ki izhaja iz edinstvene FAIR faze 0, FAIR infrastrukture, intenzivnega mednarodnega sodelovanja in izmenjave znanj, slovenske znanstvenike enakopravno in celo prednostno postavlja na zemljevid hitro razvijajoče globalne znanosti in tehnologije. Mladi znanstveniki, ki se formirajo in izurijo v podobnih okoljih, kot je FAIR, so zelo iskani kadri, saj v teh procesih pridobijo poleg visokih znanstvenih in tehnoloških referenc tudi spretnosti komunikacije in učinkovite organizacije.
»Objava v Nature je tako gotovo dokaz znanstvene odličnosti FAIR faze in hkrati trdna napoved, da bodo vrhunski znanstveni dosežki šele prihajali. Nestrpno čakamo na otvoritev centra FAIR in na nove možnosti, ki se tam obetajo.«
