Aktualności

12 stycznia 2020 r. 

 

Na początku  października 2020 r. na naszej stronie internetowej pojawiła się informacja o coraz większej tablicy Mendelejewa, vide: https://www.infoserwis.uz.zgora.pl/index.php?coraz-wiksza-tablica-mendelejewa . Oprócz samego faktu, który był interesujący ważne było, że w zespole badawczym, który zajmował się tym zagadnieniem, znalazł się pracownik naukowy Instytutu Fizyki UZ dr Piotr Jachimowicz. 

 

Tuż przed świętami Bożego Narodzenia 2020 r.  na stronie Narodowego Centrum Badań Jądrowych można było przeczytać wiadomość zaczynającą się od słów: Fizycy teoretycy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych i Uniwersytetu Zielonogórskiego wyznaczyli i podali niezwykle istotne parametry dla ponad 1 300 jąder, w tym dla jąder pierwiastków superciężkich, które do tej pory nie zostały wytworzone w laboratoriach. Wyniki te zostały właśnie opublikowane w podstawowym czasopiśmie referencyjnym fizyki jądrowej: Atomic Data and Nuclear Data Tables. (vide: https://www.ncbj.gov.pl/aktualnosci/przewidywania-ponad-tysiaca-najciezszych-jader-atomowych) W tej informacji ponownie pojawiło się nazwisko dr. Piotra Jachimowicza. Stąd pomysł, by zapytać fizyka z UZ o to nowe przedsięwzięcie. Poniższy wywiad został przeprowadzony on-line.

 

Czy obecna praca ma jakikolwiek związek z poprzednią poza nazwiskami dwóch współautorów - Pańskiego i dr. hab. Michała Kowala?
 

Tak, obydwie prace poświęcone są tej samej tematyce, tj. prognozom możliwości produkcji tzw. jąder superciężkich, czyli pierwiastków i ich izotopów zawierających bardzo dużą liczbę protonów (i neutronów). Jądra te nie występują naturalnie na Ziemi. Obecna praca jest wyjątkowo obszerna i rozbudowana, gdyż stanowi zbiór bardzo szczegółowych przewidywań teoretycznych dotyczących wybranych własności dla  ponad  1 300 takich (istniejących, jak i hipotetycznych) nuklidów, w tym także szczególnie trudnych w opisie układów zawierających nieparzyste liczby protonów i/lub neutronów.

Skąd w ogóle pomysł, by zająć się jądrami superciężkimi?
 

W dużym uproszczeniu można powiedzieć, że nasze aktualne badania były motywowane faktem obecnego rozbudowywania urządzeń badawczych dedykowanych wytwarzaniu nowych pierwiastków. Znajomość wyznaczonych i podawanych przez nas parametrów jest bardzo przydatna i pożądana przez grupy eksperymentatorów zajmujących się syntezą, detekcją i spektroskopią najcięższych pierwiastków, ale także przez astrofizyków badających procesy szybkiego wychwytu neutronów, które mogą zachodzić we wnętrzach gwiazd. Biorąc wyznaczone przez nas parametry i dysponując odpowiednim modelem, można teoretycznie, a więc w pozycji „zza biurka”, próbować przewidzieć jak zakończy się dany (często niezwykle kosztowny i technicznie skomplikowany) eksperyment i jakie przyniesie on rezultaty. Spośród wielu możliwych można próbować wybierać takie, które wydają się być najciekawsze a szansa ich powodzenia największa.

 

Czemu wzięli Panowie na celownik właśnie najcięższe jądra atomowe?
 

Jądra superciężkie to bardzo niezwykłe obiekty. Już samo ich istnienie wydaje się przeczyć „zdrowemu rozsądkowi” zgodnie z którym ciasne upakowanie dużej liczby protonów, czyli cząstek naładowanych i silnie się odpychających, nie powinno prowadzić do powstania trwałego układu. Oczywiście - to co niezwykłe jest zawsze ciekawe! Prowadzeni tą ciekawością naukowcy już wiele lat temu rozpoczęli kolejne próby tworzenia i badania takich układów jądrowych. Te próby dostarczyły zwłaszcza na przestrzeni ostatnich lat wielu niezwykłych rezultatów, w szczególności doprowadziły do dopełnienia ostatniego okresu w tablicy Mendelejewa, który zamyka najcięższy znany nam pierwiastek: oganeson o liczbie protonów Z=118. Obecnie nadal trwają intensywne badania nad wytworzeniem jeszcze cięższych pierwiastków (Z=119, Z=120). Możliwość ich syntezy wymaga nie tylko ciągłego postępu technologicznego, ale także silnego wsparcia ze strony teoretycznej, tj. możliwie wiarygodnych przewidywań teoretycznych dotyczących stabilności takich układów i szans ich obserwacji.
 

Pięcio- i siedmiowymiarowe przestrzenie deformacji - co to takiego? Dotychczas, my laicy, mieliśmy do czynienia z trzy- lub cztero- (jeśli doliczymy czas) wymiarowymi przestrzeniami. Czy może jestem w błędzie?
 

Wspomniana wielowymiarowość ma w naszych obliczeniach zupełnie inne znaczenie niż np. odczuwane przez człowieka wymiary przestrzenne. Modelowanie jakiegoś obiektu czy zjawiska polega zawsze na jakimś mniej lub bardziej daleko posuniętym uproszczeniu. W przypadku jąder atomowych takim daleko posuniętym uproszczeniem byłoby traktowanie tych obiektów jako idealne kule. W praktyce wiele znanych nuklidów wykazuje mniej lub bardziej wyraźną deformację i w realistycznych obliczeniach ten fakt wymaga odpowiedniego uwzględnienia. Dokonuje się tego poprzez wprowadzenie do obliczeń kolejnych nakładających się na siebie klas możliwych kształtów jądrowych i to właśnie one są wspomnianymi przez Panią przestrzeniami deformacji. Liczbę wymiarów należy więc tu rozumieć jako ilość stopni swobody dopuszczoną w obliczeniach. Używane przez nas liczby wymiarów powodowały konieczność nieustannego wielomiesięcznego wykorzystywania superkomputera znajdującego się w Centrum Informatycznym w Świerku i obecnie stanowią raczej trudną do pokonania granicę w tego typu rachunkach.

 

Czy te odkrycia przekładają się na zastosowanie w codziennym życiu, czy to raczej modele teoretyczne, które praktyczne zastosowanie znajdą może w przyszłości?
 

Tak jak już wcześniej wspomniałem, otrzymane przez nas rezultaty mogą być przydatne dla grup naukowców pracujących w laboratoriach zajmujących się wytwarzaniem pierwiastków superciężkich i ich izotopów. Z uwagi na stopień trudności związany z prowadzeniem tego typu doświadczeń, oraz koszty, istnieje zaledwie kilka laboratoriów na świecie w których można prowadzić tego typu wyrafinowane doświadczenia. Nasze rachunki mogą też zostać wykorzystane do badań nad materiałami rozszczepialnymi - a więc w fizyce reaktorowej. Utylitarny wymiar naszych prac nie jest jednak najważniejszy. Dla nas najważniejsze jest poznanie charakteru oddziaływania nukleonów w jądrze atomowym, możliwości syntezy nowych pierwiastków oraz zbadanie mechanizmów reakcji jądrowych prowadzących do ich ewentualnego wytworzenia. W szczególności pragniemy zrozumieć zachowania badanych układów fizycznych w reżimie olbrzymiego oddziaływania elektrostatycznego.
 

Bardzo dziękuję za rozmowę.
 

Rozmowę przeprowadziła: Ewa Tworowska-Chwalibóg

Czy obecna praca ma jakikolwiek związek z poprzednią poza nazwiskami dwóch współautorów - Pańskiego i dr. hab. Michała Kowala?
 

Tak, obydwie prace poświęcone są tej samej tematyce, tj. prognozom możliwości produkcji tzw. jąder superciężkich, czyli pierwiastków i ich izotopów zawierających bardzo dużą liczbę protonów (i neutronów). Jądra te nie występują naturalnie na Ziemi. Obecna praca jest wyjątkowo obszerna i rozbudowana, gdyż stanowi zbiór bardzo szczegółowych przewidywań teoretycznych dotyczących wybranych własności dla  ponad  1 300 takich (istniejących, jak i hipotetycznych) nuklidów, w tym także szczególnie trudnych w opisie układów zawierających nieparzyste liczby protonów i/lub neutronów.

Skąd w ogóle pomysł, by zająć się jądrami superciężkimi?
 

W dużym uproszczeniu można powiedzieć, że nasze aktualne badania były motywowane faktem obecnego rozbudowywania urządzeń badawczych dedykowanych wytwarzaniu nowych pierwiastków. Znajomość wyznaczonych i podawanych przez nas parametrów jest bardzo przydatna i pożądana przez grupy eksperymentatorów zajmujących się syntezą, detekcją i spektroskopią najcięższych pierwiastków, ale także przez astrofizyków badających procesy szybkiego wychwytu neutronów, które mogą zachodzić we wnętrzach gwiazd. Biorąc wyznaczone przez nas parametry i dysponując odpowiednim modelem, można teoretycznie, a więc w pozycji „zza biurka”, próbować przewidzieć jak zakończy się dany (często niezwykle kosztowny i technicznie skomplikowany) eksperyment i jakie przyniesie on rezultaty. Spośród wielu możliwych można próbować wybierać takie, które wydają się być najciekawsze a szansa ich powodzenia największa.

 

Czemu wzięli Panowie na celownik właśnie najcięższe jądra atomowe?
 

Jądra superciężkie to bardzo niezwykłe obiekty. Już samo ich istnienie wydaje się przeczyć „zdrowemu rozsądkowi” zgodnie z którym ciasne upakowanie dużej liczby protonów, czyli cząstek naładowanych i silnie się odpychających, nie powinno prowadzić do powstania trwałego układu. Oczywiście - to co niezwykłe jest zawsze ciekawe! Prowadzeni tą ciekawością naukowcy już wiele lat temu rozpoczęli kolejne próby tworzenia i badania takich układów jądrowych. Te próby dostarczyły zwłaszcza na przestrzeni ostatnich lat wielu niezwykłych rezultatów, w szczególności doprowadziły do dopełnienia ostatniego okresu w tablicy Mendelejewa, który zamyka najcięższy znany nam pierwiastek: oganeson o liczbie protonów Z=118. Obecnie nadal trwają intensywne badania nad wytworzeniem jeszcze cięższych pierwiastków (Z=119, Z=120). Możliwość ich syntezy wymaga nie tylko ciągłego postępu technologicznego, ale także silnego wsparcia ze strony teoretycznej, tj. możliwie wiarygodnych przewidywań teoretycznych dotyczących stabilności takich układów i szans ich obserwacji.
 

Pięcio- i siedmiowymiarowe przestrzenie deformacji - co to takiego? Dotychczas, my laicy, mieliśmy do czynienia z trzy- lub cztero- (jeśli doliczymy czas) wymiarowymi przestrzeniami. Czy może jestem w błędzie?
 

Wspomniana wielowymiarowość ma w naszych obliczeniach zupełnie inne znaczenie niż np. odczuwane przez człowieka wymiary przestrzenne. Modelowanie jakiegoś obiektu czy zjawiska polega zawsze na jakimś mniej lub bardziej daleko posuniętym uproszczeniu. W przypadku jąder atomowych takim daleko posuniętym uproszczeniem byłoby traktowanie tych obiektów jako idealne kule. W praktyce wiele znanych nuklidów wykazuje mniej lub bardziej wyraźną deformację i w realistycznych obliczeniach ten fakt wymaga odpowiedniego uwzględnienia. Dokonuje się tego poprzez wprowadzenie do obliczeń kolejnych nakładających się na siebie klas możliwych kształtów jądrowych i to właśnie one są wspomnianymi przez Panią przestrzeniami deformacji. Liczbę wymiarów należy więc tu rozumieć jako ilość stopni swobody dopuszczoną w obliczeniach. Używane przez nas liczby wymiarów powodowały konieczność nieustannego wielomiesięcznego wykorzystywania superkomputera znajdującego się w Centrum Informatycznym w Świerku i obecnie stanowią raczej trudną do pokonania granicę w tego typu rachunkach.

 

Czy te odkrycia przekładają się na zastosowanie w codziennym życiu, czy to raczej modele teoretyczne, które praktyczne zastosowanie znajdą może w przyszłości?
 

Tak jak już wcześniej wspomniałem, otrzymane przez nas rezultaty mogą być przydatne dla grup naukowców pracujących w laboratoriach zajmujących się wytwarzaniem pierwiastków superciężkich i ich izotopów. Z uwagi na stopień trudności związany z prowadzeniem tego typu doświadczeń, oraz koszty, istnieje zaledwie kilka laboratoriów na świecie w których można prowadzić tego typu wyrafinowane doświadczenia. Nasze rachunki mogą też zostać wykorzystane do badań nad materiałami rozszczepialnymi - a więc w fizyce reaktorowej. Utylitarny wymiar naszych prac nie jest jednak najważniejszy. Dla nas najważniejsze jest poznanie charakteru oddziaływania nukleonów w jądrze atomowym, możliwości syntezy nowych pierwiastków oraz zbadanie mechanizmów reakcji jądrowych prowadzących do ich ewentualnego wytworzenia. W szczególności pragniemy zrozumieć zachowania badanych układów fizycznych w reżimie olbrzymiego oddziaływania elektrostatycznego.
 

Bardzo dziękuję za rozmowę.
 

Rozmowę przeprowadziła: Ewa Tworowska-Chwalibóg