Characterization of New Superheavy Elements

Project: Research

Research areas and keywords

UKÄ subject classification

  • Subatomic Physics

Keywords

  • Superheavy elements, Spectroscopy, Island of stability

Description

What are the heaviest elements that can exist in nature? Does another ‘island of stability’ exist beyond uranium, and where exactly is it located on the chart of atomic nuclei?
Building on a recent proof-of-principle experiment led by Lund University physicists, breakthrough in answering these fundamental questions is expected by close interplay between nuclear structure theory and experiment. New computer-intensive theoretical approaches are proposed, which fully account for time dependency, and hence dynamics. The predictions will guide us towards the most promising experiments, in which a world-leading Swedish ‘spectroscopy station’ will be used. This set-up employs novel concepts and technologies for compact high-resolution germanium detectors with unprecedentedly high detection efficiencies and precision. Our aim is to develop, construct and maintain the world’s best decay spectroscopy set-up to herald a new era of direct access to the nuclear structure of the heaviest man-made atomic nuclei on Earth, as well as fingerprinting their atomic number. The experimental findings will be fed back to the theory, which will ultimately define the location of the island of stability as well as the lifetimes of the atomic nuclei forming the island.
The international scene for this project was set spring 2016 at the Nobel Symposium on the Chemistry and Physics of Heavy and Superheavy Elements.

Layman's description

Vilka är de tyngsta grundämnen som kan finnas i naturen? Finns det stabila grundämnen bortom uran, och var exakt på nuklidkartan? Utgående från ett banbrytande experiment lett av fysiker från Lunds universitet och genom ett nära samspel mellan teori och experiment har vi nu möjlighet att besvara dessa grundläggande frågor. Naturen sätter gränser för hur tungt ett grundämne kan bli genom att protonerna i atomkärnan repelleras mer än vad den starka kraften kan binda ihop. Kvantmekaniska beräkningar anger dock att vissa kombinationer av neutron- och protontal kan bli extra stabila, vilket möjliggör existensen av en stabil ö av supertunga grundämnen. Precisa beräkningar för dessa system med nära 300 partiklar som växelverkar med varandra är extremt komplicerade. Därför är experimentell spektroskopisk information avgörande för förståelsen.
I projektet LUNDIUM kommer vi att använda oss av nya avancerade teoretiska metoder för att förutsäga och beskriva både grundämnenas inre struktur och deras sönderfallsegenskaper. Dessa förutsägelser kommer att vägleda oss mot de mest lovande experimenten, där ett nytt unikt instrument för spektroskopi kommer att användas. De nya experimentella resultaten kommer i sin tur att vägleda teorin, vilket slutligen kommer att definiera platsen för ‘stabilitetsön’ och livslängderna för de atomkärnor som bildar ön.
Vetskapen om hur ett spektrum ser ut i en av dessa atomkärnor sätter nämligen kraftiga begränsningar för teorin, vilket gör det möjligt att erhålla en teoretisk förståelse för hela denna regionen av nuklidkartan. Bara med sådan teoretisk förståelse kan man avgöra vilka av dessa atomkärnor som lever tillräckligt länge för att man ska kunna studera deras kemi, undersöka vilken roll dessa tunga grundämnen spelar i astrofysikaliska processer – samt att drömma om framtida tillämpningar av deras egenskaper.
Det experimentella upplägget använder ett helt nytt koncept och för kompakta högupplösande germaniumdetektorermed utomordentligt hög detektionsgrad och precision. Vårt mål är att utveckla, bygga och underhålla världens bästa mätinstrument för sönderfallsspektroskopi med intentionen att inleda en ny era av direkt tillgång till kärnstrukturen hos de tyngsta konstgjorda atomkärnorna på jorden, inklusive den karakteristiska strålningen som avslöjar deras atomnummer.
Projektet inleddes våren 2016 med ett Nobelsymposium på temat: Kemin och fysiken hos tunga och supertunga grundämnen.
AcronymChaSE Lundium
StatusActive
Effective start/end date2016/01/012020/12/31

Collaborative partners

  • Lund University
  • GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research
  • Helmholtz Institute Mainz
  • University of Mainz

Participants

Related projects

Christian Lorenz, Dirk Rudolph, Luis Sarmiento & Pavel Golubev

2015/04/012019/01/31

Project: DissertationIndividual research project

View all (3)

Related research output

Lorenz, C. , Sarmiento, L. G. , Rudolph, D. , Ward, D. E. , Block, M. , Heßberger, F. P. , Ackermann, D. , Andersson, L. L. , Cortés, M. L. , Droese, C. , Dworschak, M. , Eibach, M. , Forsberg, U. , Golubev, P. , Hoischen, R. , Kojouharov, I. , Khuyagbaatar, J. , Nesterenko, D. , Ragnarsson, I. , Schaffner, H. & 3 others Schweikhard, L., Stolze, S. & Wenzl, J. 2017 Sep 18 In : Physical Review C. 96, 3, 12 p., 034315

Research output: Contribution to journalArticle

Ch. Lorenz, Luis Sarmiento, Dirk Rudolph & Block, M. 2017 The 26th International Nuclear Physics Conference. Trieste: Proceedings of Science, Vol. (INPC2016), 9 p. 073

Research output: Chapter in Book/Report/Conference proceedingPaper in conference proceeding

Ulrika Forsberg, Claes Fahlander & Dirk Rudolph 2016 Dec 1 Nobel Symposium NS 160 – Chemistry and Physics of Heavy and Superheavy Elements: EPJ Web of Conferences. Rudolph, D. (ed.). EDP Sciences, Vol. 131, 7 p. 02003

Research output: Chapter in Book/Report/Conference proceedingPaper in conference proceeding

View all (9)

Related activities

Dirk Rudolph (Member of programme committee)
2017 Oct 82017 Oct 11

Activity: Participating in or organising an eventParticipation in conference

Dirk Rudolph (Member of programme committee)
2016 Aug 282016 Sep 4

Activity: Participating in or organising an eventParticipation in conference

Dirk Rudolph (Chair)
2016 May 292016 Jun 3

Activity: Participating in or organising an eventParticipation in conference

View all (13)