تقنية مقترحة تسمح للباحثين بقياس أطياف العناصر فوق العدد الذري 102 ، على الرغم من الكميات الصغيرة التي يتم إنتاجها منيها.
يحتوي الطيف الشمسي على خطوط امتصاص داكنة مرتبطة بكل عنصر من عناصر الشمس ، مثل خطي الصوديوم القويين في النطاق البرتقالي. يمكن أن تسمح تقنية جديدة للباحثين بقياس أطياف العناصر الاثقل المعروفة.
يسمح قياس طيف الذرة للباحثين بالتعرف على هيكلها ، ولكن يتم إنتاج العديد من العناصر فائقة الثقل بكميات صغيرة بحيث تكون هذه التجارب مستحيلة. الآن يمكن لتقنية التحليل الطيفي المقترحة حل هذه المشكلة. هذه الطريقة ، التي تسمى كروماتوغرافيا الرنين بالليزر (LRC) ، تتضمن أيونات مثيرة باستخدام الليزر ثم تقيس أوقات انجرافها في أنبوب مملوء بالغاز لتحديد حالاتها الكمومية. ستكون هذه التقنية أكثر كفاءة في استخدامها لعدد محدود من الأيونات من الطرق التقليدية. يخطط الباحثون لاستخدامها لإجراء الاكتشافات الطيفية الأولى للورنسيوم (العنصر 103) وربما العناصر الأخرى فائقة الثقل.
يتوافق كل سطر في طيف الذرة مع فوتون ينبعث أو يمتص عندما يقفز الإلكترون من مستوى طاقة إلى المستوى التالي. هذه الخطوط الطيفية فريدة لكل عنصر ويمكن استخدامها لاستنتاج الخصائص الإلكترونية والنووية والكيميائية للذرات. العناصر فائقة الثقل ليست فئة محددة بدقة ، ولكن المصطلح غالبًا ما يشير إلى العناصر الموجودة فوق النوبليوم (العنصر 102). يمكن أن توفر الأطياف عالية الدقة وفائقة الثقل ثروة من المعلومات ، مثل تفاصيل الخصائص النووية ، والتي يمكن أن تساعد المنظرين على تحسين نماذج مجموعة النظائر فائقة الثقل التي تم التنبؤ بها منذ فترة طويلة (ولكن لم تتم ملاحظتها أبدًا) والمعروفة باسم "جزيرة الاستقرار".
اعتمد الباحثون على التحليل الطيفي لتأين الرنين (RIS) لقياس العناصر حتى النوبليوم. في RIS ، يجب أولاً تحييد الأيونات فائقة الثقل من الحزمة - مع إعطاء إلكترونات إضافية - حتى يمكن إثارة وتأينها لاحقًا بطريقة مضبوطة. لسوء الحظ ، ينتج عن التعادل فقدان بعض الذرات من التجربة ، مما يجعل RIS غير مناسب للكميات الصغيرة التي يتم فيها إنتاج أثقل العناصر.
لقياس هذه الذرات ، اقترح مصطفى العطاوي من مركز هيلمهولتز لأبحاث الأيونات الثقيلة في ألمانيا وزملاؤه تقنية LRC ، وهي تقنية لا تتطلب تحييدًا وبالتالي تتجنب فقد الذرات المصاحبة لهذه الخطوة. يقول العطاوي: "أود أن تكون الأيونات كما هي". "أحصل عليها مثل الأيونات ؛ أود الاحتفاظ بها كأيونات. لا أريد أن يكون لدي خطوة وسيطة للتحييد ".
في الإعداد المقترح ، يتم ضرب أيونات فائقة الثقل من معجل بالليزر الذي يرسل بعض الأيونات إلى حالات إلكترونية مثارة. ثم تنتقل الأيونات عبر أنبوب انجراف مبرد مملوء بغاز الهليوم حتى تصل إلى كاشف السيليكون. يعتمد وقت سفر أيون عبر الغاز على عدد الاصطدامات مع ذرات الهيليوم ، والتي تتأثر بشدة بتكوينها الإلكتروني. لذلك يمكن تمييز أيونات الحالة الأرضية عن الأيونات المثارة بناءً على أوقات وصولها إلى الكاشف. من خلال تغيير تردد الليزر ومراقبة نسبة عدد حالة الأرض إلى أيونات الحالة المثارة ، يمكن للباحثين تكوين طيف.
يستخدم الفريق مصطلح "كروماتوغرافيا" لوصف التجربة لأن الكلمة في الكيمياء تشير إلى طرق لفصل مكونات الخليط بناءً على السرعة التي تتحرك بها خلال الورق أو عمود الخرز ، على سبيل المثال. في LRC ، تتميز الأيونات بأوقات انجرافها عبر غاز الهيليوم.
يتفق العديد من الباحثين على أن الطريقة تبدو مجدية ، لأنها تشتق من البروتوكولات الحالية. تقول فرانشيسكا جياكوبو ، عالمة الفيزياء النووية في GSI Helmholtz والتي لم تشارك في البحث: "هذه الفكرة لديها الكثير من الإمكانات". "هذا يمنحنا حقًا فرصة للذهاب إلى أعلى بكثير [في العدد الذري] ، للتحقيق في العديد من الأنواع الذرية الأخرى." يقول Simon Sels ، عالم الفيزياء النووية في CERN في جنيف ، إن الإعداد التجريبي مصمم بعناية. يقول: "يجب أن تعمل الحيلة".
العطاوي في طور بناء الإعداد في جامعة ماينز في ألمانيا ، على أمل استخدام هذه التقنية لقياس طيف عنصر lawrencium ، لكنه يقول إن الكيميائيين أو الفيزيائيين الآخرين يمكن أن يقيسوه قبله ، الآن بعد أن تم نشر الطريقة.
المصدر