Οι Αμερικανοί ερευνητές έχουν χρησιμοποιήσει μια νέα και καινοτόμο μέθοδο για τη δημιουργία, την παγίδευση και τη μελέτη του αόριστου ισότοπου ηλίου-8. Μέσω της χρήσης μιας «παγίδας λέιζερ», οι φυσικοί στο Εθνικό Εργαστήριο Αργολών του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ έχουν χαρτογραφήσει με ακρίβεια την κατανομή του ατόμου και θα μπορούσαν να μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε την επιστήμη πίσω από τα εξωτικά αστέρια νετρονίων.
Λοιπόν, πώς «παγιδεύετε» ένα ισότοπο ηλίου-8; Η απάντηση απέχει πολύ από την απλή, αλλά ο φυσικός της Argonne Peter Mueller βρήκε μια λύση. Χρησιμοποιώντας το GANIL κυκλοτρόνιο στη βόρεια Γαλλία, μπορούν να δημιουργηθούν ισότοπα ηλίου-4, 6 και περιστασιακά ήλιο-8. Αυτό είναι ένα από τα μόνα κυκλοτρόνια είναι ο κόσμος με αρκετή ενέργεια για να παράγει το ισότοπο ηλίου-8. Δημιουργεί πολύ καλά το σωματίδιο, αλλά για να διαχωριστεί το ήλιο-8 από τα άλλα αδέλφια ισότοπου ηλίου απαιτείται μια έξυπνη και πολύ ακριβής λέιζερ «φυλακή» για να πέσει το βαρύτερο ισότοπο ήλιου, ενώ επιτρέπει στα άλλα, ελαφρύτερα, ισότοπα να πετάω κατευθείαν.
Ενεργώντας ως οι «ράβδοι» των πυλών της φυλακής, έξι λέιζερ ευθυγραμμίζονται με ακρίβεια σε τέτοια απόσταση ώστε μόνο τα ισότοπα με τις διαστάσεις του ηλίου-8 να παγιδεύονται. Όταν ευθυγραμμιστεί, το ήλιο-8 θα πέσει μεταξύ τους και εάν το ισότοπο προσπαθήσει να διαφύγει, οι δυνάμεις απωθήσεως διατηρούν το ισότοπο ακίνητο. Μόλις περάσει αρκετός χρόνος (παράγεται περίπου ένα άτομο ηλίου-8 κάθε δύο λεπτά) η ομάδα πυροδοτεί άλλα δύο λέιζερ στη μέση στην ίδια συχνότητα με τη συχνότητα συντονισμού του ηλίου-8. Εάν η φυλακή λέιζερ λάμψει, το ήλιο-8 έχει συλληφθεί.
Η πιο κοινή, σταθερή μορφή ηλίου έχει δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια. Το ήλιο μπορεί επίσης να έχει δύο ασταθής ισότοπα, ήλιο-6 (τέσσερα νετρόνια) και ήλιο-8 (έξι νετρόνια). Στα ασταθή ισότοπα, τα πρόσθετα νετρόνια σχηματίζουν ένα «φωτοστέφανο» γύρω από τον συμπαγή κεντρικό πυρήνα (απεικονίζεται παραπάνω). Το ήλιο-6 έχει αλογόνο που περιέχει δύο νετρόνια και το ήλιο-8 έχει φωτοστέφανο με τέσσερα νετρόνια. Στο φωτοστέφανο που περιέχει δύο νετρόνια, το ήλιο-6 έχει ένα διακριτικό «ταλάντευση» καθώς τα φωτοστέφανα νετρονίων τακτοποιούνται ασύμμετρα γύρω από τον πυρήνα (δηλαδή, μαζεύονται μαζί). Αυτή η μονόπλευρη κίνηση μετακινεί το κέντρο της ισορροπίας μακριά από τον πυρήνα και περισσότερο προς το φωτοστέφανο νετρονίων. Το ήλιο-8 από την άλλη πλευρά ταλαντεύεται λιγότερο καθώς τα τέσσερα νετρόνια αλογόνου τακτοποιούνται πιο συμμετρικά γύρω από τον πυρήνα. Η παγίδα λέιζερ είναι η μόνη γνωστή μέθοδος παγίδευσης ενός ατόμου ηλίου-8 και εξαιτίας αυτού, η δομή του αλογόνου του μπορεί τελικά να αναλυθεί σε τόσο υψηλό βαθμό ακρίβειας.
Η μέτρηση των χαρακτηριστικών του ηλίου-8 περιπλέκεται από τη ραδιενέργεια του. Το Helium-8 έχει χρόνο ημιζωής μόλις το ένα δέκατο του δευτερολέπτου, οπότε όλες οι μετρήσεις του ατόμου πρέπει να λαμβάνονται αμέσως καθώς εντοπίζεται η «λάμψη φυλακής». Οι μετρήσεις λαμβάνονται επομένως «on-line», κάτι που είναι από μόνο του ένα δύσκολο έργο.
Η ανίχνευση του σπάνιου ισότοπου ηλίου-8 είναι ένα σημαντικό βήμα για τους φυσικούς σωματιδίων και τους αστροφυσικούς. Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πώς διαμορφώνεται το ήλιο μετά την παραγωγή από έναν επιταχυντή σωματιδίων, αλλά είναι επίσης χρήσιμο κατά την κατανόηση των ιδιοτήτων των κοσμικών σωμάτων όπως τα αστέρια νετρονίων. Οι επιπτώσεις του πειράματος Argonne θα είναι χρήσιμες καθώς γίνονται διαθέσιμες καλύτερες φασματοσκοπικές παρατηρήσεις, έτσι ώστε η υπογραφή της δομής ηλίου-8 να μπορεί να ανιχνευθεί εκτός από τη Γη.
Πηγή: Physorg.com
