HIAF China Menemukan 10 Ion Hafnium-153 di Ujung Stabilitas Nuklir

China mencatat hasil fisika pertama dari High Intensity heavy-ion Accelerator Facility (HIAF) selama fase commissioning atau pengujian awal. Para ilmuwan berhasil menghasilkan dan mengidentifikasi isotop hafnium-153 (^153Hf), tetapi jumlah yang tertangkap hanya 10 ion—gambaran betapa langkanya inti atom ini.

Hasil pertama HIAF

HIAF berada di Huizhou, Provinsi Guangdong, China, dan memulai operasi uji coba pada 21 Juli 2026. Fasilitas ini dirancang untuk menghasilkan, memisahkan, serta mengukur secara presisi inti atom radioaktif yang langka. Penelitian semacam ini membantu fisikawan memetakan seberapa jauh inti atom dapat bertahan sebelum menjadi tidak stabil.

Penelitian hafnium-153 dipimpin oleh Institut Fisika Modern di bawah Chinese Academy of Sciences. Kolaboratornya meliputi University of Chinese Academy of Sciences, GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research, University of Cologne, East China University of Technology, serta Advanced Energy Science and Technology Guangdong Laboratory. Hasil penelitian tersebut diterbitkan sebagai komunikasi singkat di jurnal Science Bulletin.

Mengapa hafnium-153 penting?

Hafnium-153 berada di wilayah inti berat yang miskin neutron. Dalam wilayah ini, keseimbangan antara jumlah proton dan neutron semakin sulit dipertahankan sehingga inti atom mendekati batas kestabilannya. Sebelum eksperimen ini, keberadaan isotop tersebut belum pernah dilaporkan.

Keberhasilan menemukan dan mengukur massanya memberi fisikawan nuklir titik data baru untuk menguji model massa nuklir dan mempelajari perubahan struktur inti menuju batas kestabilan. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa ^153Hf merupakan nuklida yang terikat atau terikat lemah, sejalan dengan prediksi sejumlah model massa nuklir.

Kesesuaian itu belum menjawab seluruh pertanyaan tentang hafnium-153. Namun, hasilnya menjadi pemeriksaan eksperimental penting terhadap teori yang digunakan untuk memprediksi inti atom yang sangat sulit, atau belum mungkin, diamati secara langsung.

Cara 10 ion hafnium-153 dibuat dan diidentifikasi

Eksperimen dimulai dengan mempercepat berkas bismut-209 hingga energi 836,66 MeV per nukleon menggunakan Booster Ring milik HIAF. Berkas tersebut kemudian ditembakkan ke target grafit. Tumbukan ini memicu reaksi fragmentasi proyektil yang menghasilkan campuran berbagai inti radioaktif.

Campuran itu harus disaring dan diukur dengan sangat teliti. Lini berkas ion radioaktif berenergi tinggi HIRIBL memisahkan serta mengirimkan produk reaksi ke cincin penyimpanan dan spektrometer SRing. Detektor waktu tempuh membantu membedakan kandidat inti, sementara spektrometri massa isokron memberikan pengukuran presisi untuk mengidentifikasi hafnium-153.

Secara keseluruhan, tim mencatat 10 ion ^153Hf. Tantangannya bukan hanya menghasilkan isotop tersebut, melainkan mengenalinya di antara produk reaksi yang jumlahnya jauh lebih banyak. Perkiraan penampang produksinya berada pada skala pikobarn, yang berarti isotop ini terbentuk dengan frekuensi luar biasa rendah.

Karena itu, berkas primer berintensitas tinggi, sistem pemisahan fragmen beresolusi tinggi, dan spektrometri massa yang peka terhadap satu ion harus bekerja secara terpadu agar identifikasi dapat dipercaya.

Pengamatan independen dari RIKEN

Hampir pada waktu yang sama, para peneliti di Radioactive Isotope Beam Factory (RIBF) milik RIKEN, Jepang, juga melaporkan pengamatan independen terhadap ^153Hf. Dua pengamatan tersebut saling memperkuat identifikasi isotop, sekaligus mengurangi ketidakpastian yang mungkin muncul ketika hasil hanya didasarkan pada beberapa ion yang terdeteksi.

Konfirmasi independen sangat penting bagi inti atom yang diproduksi dengan laju amat rendah. Dalam kasus ini, kesesuaian antara pengamatan HIAF dan RIBF memberikan dasar yang lebih kuat untuk membandingkan hafnium-153 dengan teori nuklir.

Apa arti penemuan ini bagi HIAF?

Penemuan hafnium-153 bukanlah tujuan akhir program ilmiah HIAF, melainkan demonstrasi kinerja awal. Hasil ini menunjukkan bahwa akselerator, sistem transportasi berkas radioaktif, pemisahan fragmen, dan pengukuran massa presisi di fasilitas tersebut dapat bekerja bersama untuk mempelajari inti atom yang langka dan berumur pendek.

Seiring peningkatan intensitas berkas dan efisiensi eksperimen, jangkauan pengamatan HIAF diperkirakan dapat meningkat sekitar dua orde besaran. Hal itu berpotensi membuka jalan bagi penemuan isotop tambahan, pengujian model massa nuklir yang lebih ketat, serta pengukuran sifat inti dalam kondisi ketidakseimbangan proton-neutron yang semakin ekstrem.

Dengan demikian, hafnium-153 penting dalam dua hal: isotop ini merupakan inti atom baru yang sangat sulit diproduksi dan diidentifikasi, sekaligus menjadi bukti praktis bahwa HIAF telah siap meneliti wilayah yang paling sedikit dijelajahi dalam lanskap inti atom.