Ny teknik til at studere superheavy elementer

Supertunge elementer er spændende nukleare og atomare kvantesystemer, der udfordrer eksperimentel sondering, da de ikke forekommer i naturen og, ved syntetisering, forsvinde inden for få sekunder. At skubbe i spidsen for atomfysisk forskning til disse elementer kræver gennembrudsudvikling mod hurtige atomspektroskopiteknikker med ekstrem følsomhed. En fælles indsats inden for Den Europæiske Unions Horisont 2020 Research and Innovation-program og ledet af Dr. Mustapha Laatiaoui fra Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) kulminerede i et forslag til optisk spektroskopi:Den såkaldte Laser Resonance Chromatography (LRC) burde muliggøre sådanne undersøgelser endda i små produktionsmængder. Forslaget er for nylig blevet offentliggjort i to artikler i Fysisk gennemgangsbreve og Fysisk gennemgang A .

Superheavy -elementer (SHE'er) findes i den nederste del af det periodiske system. De repræsenterer en grobund for udvikling af forståelse for, hvordan sådanne eksotiske atomer kan eksistere og fungere, når et overvældende antal elektroner i atomskaller og protoner og neutroner i kernen kommer sammen. Indsigt i deres elektroniske struktur kan opnås fra optiske spektroskopiforsøg, der afslører elementspecifikke emissionsspektre. Disse spektre er stærke pejlemærker for moderne atommodelberegninger og kan være nyttige, for eksempel, når det kommer til at søge efter spor af endnu tungere elementer, som kunne være skabt i fusionsbegivenheder med neutronstjerner.

LRC tilgang kombinerer forskellige metoder

Selvom SHE'er blev opdaget for årtier siden, deres undersøgelse ved hjælp af optiske spektroskopi -værktøjer falder langt bag syntesen. Dette er fordi de er produceret til ekstremt lave hastigheder, hvor traditionelle metoder simpelthen ikke virker. Indtil nu, optisk spektroskopi ender ved nobelium, element 102 i det periodiske system. "Nuværende teknikker er på grænsen til, hvad der er muligt, "forklarede Laatiaoui. Fra det næste tungere element, de fysisk -kemiske egenskaber ændrer sig brat og forhindrer levering af prøver i passende atomtilstande. "

Sammen med forskningskolleger, fysikeren har derfor udviklet den nye LRC -tilgang inden for optisk spektroskopi. Dette kombinerer elementselektivitet og spektral præcision af laserspektroskopi med ion-mobilitet massespektrometri og fusionerer fordelene ved en høj følsomhed med 'enkelheden' af optisk sondering som ved laserinduceret fluorescensspektroskopi. Dens nøgleidé er at opdage produkterne fra resonansoptiske excitationer, der ikke er baseret på fluorescerende lys som normalt, men baseret på deres karakteristiske driftstid til en partikeldetektor.

I deres teoretiske arbejde, forskerne fokuserede på enkeltladet lawrencium, element 103, og på dens lettere kemiske homolog. Men konceptet giver uovertruffen adgang til laserspektroskopi af mange andre monoatomiske ioner på tværs af det periodiske system, især af overgangsmetallerne, herunder ildfaste metaller ved høj temperatur og elementer ud over lawrencium. Andre ioniske arter som trippeladet thorium skal også være inden for rækkevidde af LRC-tilgangen. I øvrigt, metoden gør det muligt at optimere signal-støj-forhold og dermed lette ionmobilitetsspektrometri, tilstandsvalgt ionkemi, og andre applikationer.

Dr. Mustapha Laatiaoui kom til Johannes Gutenberg University Mainz og Helmholtz Institute Mainz (HIM) i februar 2018. I slutningen af ​​2018, han modtog en ERC Consolidator Grant fra European Research Council (ERC), en af ​​Den Europæiske Unions mest værdifulde finansieringstilskud, for sin forskning i de tungeste elementer ved hjælp af laserspektroskopi og ionmobilitetsspektroskopi. De nuværende publikationer omfattede også arbejde, som Laatiaoui tidligere havde udført på GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung i Darmstadt og på KU Leuven i Belgien.