Các nhà khoa học tạo ra hạt nhân kỳ lạ hình quả bí ngô: phân hủy trong 450 nano giây

Viết trên tạp chí Physical Review Letters ngày 16 tháng 3, các nhà nghiên cứu báo cáo họ đãc tạo ra được một hạt nhân kỳ lạ, có thể mất một nửa độ phóng xạ (phân rã thành các nguyên tố khác) chỉ trong 450 nano giây.

Lutetium (Lu) là một nguyên tố đất hiếm, một kim loại màu bạc ở dạng tự nhiên, với số nguyên tử là 71. Thông thường, lutetium xuất hiện trong vỏ Trái đất cùng với nguyên tố kim loại ytterbium (Yb). Lutetium-176 là một đồng vị phóng xạ tương đối phổ biến (2,5% của tất cả các đồng vị lutetium) với chu kỳ bán rã khoảng 38 tỷ năm và có thể được sử dụng để đo tuổi của các thiên thạch. Lutetium trên Trái đất bao gồm hai đồng vị, lutetium-175 và lutetium-176, trong đó chỉ có lutetium-175 là ổn định.

Vào những năm 1980, các nhà khoa học đã quan sát sự phân rã của đồng vị lutetium, lutetium-151, và phát hiện ra rằng nó giải phóng một proton từ hạt nhân ở trạng thái cơ bản. Trạng thái cơ bản là trạng thái mà nguyên tử ở mức năng lượng thấp nhất, khi các electron chuyển động trên những quỹ đạo gần hạt nhân nhất, cũng là cấu hình bền nhất của nguyên tử. Sự phát xạ proton là rất hiếm, và lutetium-151 là đồng vị đầu tiên được quan sát thấy phát ra proton ở trạng thái cơ bản phân rã ổn định.

Nghiên cứu sự phân rã proton cho phép các nhà nghiên cứu xem xét bên trong hạt nhân nguyên tử để hiểu cách các proton và neutron liên kết với nhau. Là một phần của nghiên cứu này, Kale Olanin, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ về vật lý tại Đại học Jyväskylä, và các đồng nghiệp của ông đã tạo ra một đồng vị mới của lutetium, lutetium-149, có 71 proton trong hạt nhân và 78 neutron.

Họ phát hiện ra rằng lutetium-149 kỳ lạ hơn lutetium-151. Đầu tiên, hạt nhân của lutetium-149 không phải là một hình cầu gọn gàng, mà là một hình ellipsoid bẹp dúm trông hơi giống một quả bí ngô. Hiện tượng này được gọi là "sự biến dạng khối", và lutetium-149 là hạt nhân bị méo mó nhất từng được đo lường.

Chu kỳ bán rã của lutetium-149 cũng ngắn hơn đáng kể so với 80,6 mili giây của lutetium-151. Các nhà nghiên cứu cho biết đã tạo ra đồng vị lutetium mới này bằng cách đốt niken-58, một đồng vị của niken, và ruthenium-96, một đồng vị của ruthenium. Trong nghiên cứu, lutetium-149 phân rã thành ytterbium-148, bản thân nó không tồn tại trong thời gian dài, với chu kỳ bán rã là 250 mili giây. Các nhà nghiên cứu cho biết trong tương lai có thể tạo ra lutetium-148, có thể có tuổi thọ cao hơn lutetium-149.