Amerikanske forskere har brugt en ny og innovativ metode til at skabe, fange og studere den undvigende helium-8-isotop. Gennem brug af en "laserfælde" har fysikere i U.S. Department of Energy's Argonne National Laboratory nøjagtigt kortlagt distributionen af atomet og kunne hjælpe os med at forstå videnskaben bag eksotiske neutronstjerner.
Så hvordan "fælder" du en helium-8-isotop? Svaret er langt fra simpelt, men Argonne-fysiker Peter Mueller har fundet en løsning. Ved hjælp af GANIL-cyclotronfaciliteten i det nordlige Frankrig kan helium-4, 6 og lejlighedsvis helium-8-isotoper genereres. Dette er en af de eneste cyclotrons er verden med nok energi til at generere helium-8 isotop. Det er alt sammen meget godt at skabe partiklen, men at adskille helium-8 fra dets andre helium-isotop-søskende kræver et smart og meget nøjagtigt laserfængsel for den tyngre helium-isotop at falde ind i, samtidig med at de andre, lettere, isotoper kan flyve lige igennem.
Når de fungerer som fængslens porte, er seks lasere nøjagtigt justeret i en sådan afstand, at kun isotoper med dimensionerne helium-8 er fanget. Når de er på linje, vil helium-8 falde mellem dem, og hvis isotopen forsøger at undslippe, holder frastødningskræfter isotopen stille. Når der er tilladt nok tid til at passere (ca. et helium-8 atom genereres hvert andet minut) skyder teamet yderligere to lasere ind i midten på samme frekvens som resonansfrekvensen til helium-8. Skulle laserfængslet gløde, er helium-8 fanget.
Den mest almindelige, stabile form af helium har to protoner og to neutroner. Helium kan også have to ustabil isotoper, helium-6 (fire neutroner) og helium-8 (seks neutroner). I de ustabile isotoper danner de ekstra neutroner en "glorie" omkring den kompakte centrale kerne (afbildet ovenfor). Helium-6 har en halo, der indeholder to neutroner, og helium-8 har en halo på fire neutroner. I halogen, der indeholder to neutroner, har helium-6 en karakteristisk "slingring", da halogenetronerne arrangerer sig asymmetrisk omkring kernen (dvs. de samles sammen). Denne skævhed bevæger balancecentret væk fra kernen og mere mod halogen af neutroner. Helium-8 på den anden side vingler mindre, da de fire halogenutroner arrangerer sig mere symmetrisk omkring kernen. Laserfælden er den eneste metode, der er kendt for at fange et helium-8-atom, og på grund af dette kan strukturen af dens glorie endelig analyseres til en så høj grad af nøjagtighed.
At måle egenskaber ved helium-8 kompliceres af dens radioaktivitet. Helium-8 har en halveringstid på kun en tiendedel af et sekund, så alle målinger af atomet skal tages med det samme, når "fængselsglødet" opdages. Målingerne foretages derfor ”online”, hvilket er en vanskelig opgave i sig selv.
Påvisning af den sjældne helium-8 isotop er et vigtigt skridt for både partikelfysikere og astrofysikere. Det er vigtigt at forstå, hvordan helium konfigurerer sig selv efter produktion fra en partikelaccelerator, men det er også nyttigt, når man kender de kosmiske legems egenskaber, såsom neutronstjerner. Implikationerne af Argonne-eksperimentet vil være nyttige, da bedre spektroskopiske observationer bliver tilgængelige, så signaturen af helium-8-strukturen kan blive påvist andet end på Jorden.
Kilde: Physorg.com
