Karakterisering av nya supertunga grundämnen

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.