HIAF menemui 10 ion hafnium-153 di pinggir kestabilan nuklear

HIAF, atau High Intensity heavy-ion Accelerator Facility, di Huizhou, Guangdong, China, telah menghasilkan dan mengenal pasti hafnium-153 (^153Hf) sebagai keputusan fizik pertama yang dilaporkan semasa fasa pentauliahan. Para saintis hanya mengesan 10 ion isotop yang amat jarang itu—satu pencapaian yang menunjukkan fasiliti baharu tersebut mampu mencapai nukleus berhampiran had kewujudan nuklear.

Keputusan pertama HIAF

HIAF direka untuk menghasilkan, mengasingkan dan mengukur dengan tepat nukleus radioaktif yang jarang ditemui. Penyelidikan sedemikian membantu ahli fizik memetakan sejauh mana nukleus atom boleh wujud sebelum menjadi tidak stabil. Fasiliti itu memulakan operasi percubaan pada 21 Julai 2026.

Kajian hafnium-153 diketuai oleh Institut Fizik Moden, Akademi Sains China. Kerjasama itu turut melibatkan 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. Hasilnya diterbitkan sebagai komunikasi ringkas dalam jurnal Science Bulletin.

Mengapa hafnium-153 penting?

Hafnium-153 berada dalam kelompok nukleus berat yang kekurangan neutron. Di kawasan ini, keseimbangan antara proton dan neutron semakin sukar dikekalkan. Sebelum eksperimen tersebut, isotop ini belum pernah dilaporkan. Kewujudan serta pengukuran jisimnya memberikan titik data baharu untuk menguji model jisim nuklear dan memahami perubahan struktur nukleus apabila menghampiri sempadan kestabilan.

Pengukuran menunjukkan bahawa ^153Hf ialah nukleus terikat atau lemah terikat, selaras dengan ramalan beberapa model jisim nuklear. Dapatan ini belum menjawab semua persoalan tentang isotop tersebut, tetapi ia menjadi semakan eksperimen penting terhadap teori yang digunakan untuk meramalkan nukleus yang amat sukar—atau belum mampu—dikesan secara langsung.

Bagaimana 10 ion itu dihasilkan dan dikenal pasti?

Eksperimen bermula dengan alur bismut-209 yang dipercepatkan kepada 836.66 MeV setiap nukleon dalam Booster Ring HIAF. Alur itu kemudian dihentamkan ke sasaran grafit, lalu mencetuskan tindak balas pemecahan projektil yang menghasilkan campuran pelbagai nukleus radioaktif.

Campuran tersebut perlu ditapis sebelum boleh diukur. Saluran alur ion radioaktif ber tenaga tinggi HIRIBL mengasingkan dan menghantar produk tindak balas ke gelang penyimpanan serta spektrometer SRing. Pengesan masa penerbangan membantu membezakan calon nukleus, manakala spektrometri jisim isokron memberikan ukuran tepat yang diperlukan untuk mengenal pasti hafnium-153. Secara keseluruhan, pasukan itu merekodkan 10 ion ^153Hf.

Cabaran utamanya bukan sekadar menghasilkan hafnium-153, tetapi mengenalinya dalam kelompok produk tindak balas yang jauh lebih banyak. Anggaran keratan rentas penghasilannya berada pada skala pikobarn, bermakna isotop itu terhasil dengan kadar yang amat rendah. Alur primer berintensiti tinggi, sistem pengasingan serpihan beresolusi tinggi dan spektrometri jisim yang sensitif terhadap satu ion perlu berfungsi serentak untuk menghasilkan pengenalpastian yang kukuh.

Pemerhatian bebas oleh RIKEN

Pada tempoh yang hampir sama, penyelidik di Radioactive Isotope Beam Factory (RIBF) milik RIKEN di Jepun turut melaporkan pemerhatian bebas terhadap ^153Hf. Dua pemerhatian itu saling mengukuhkan pengenalpastian isotop berkenaan dan mengurangkan ketidakpastian yang biasanya timbul apabila keputusan hanya bergantung pada beberapa ion yang dikesan.

Pengesahan bebas amat bernilai bagi nukleus yang terhasil pada kadar sangat rendah. Dalam kes ini, persetujuan antara pemerhatian HIAF dan RIBF memberikan asas yang lebih kukuh untuk membandingkan hafnium-153 dengan teori nuklear.

Apa maknanya untuk HIAF?

Penemuan ini ialah demonstrasi prestasi awal, bukannya kemuncak program sains HIAF. Ia menunjukkan bahawa pemecut, sistem penghantaran alur radioaktif, pengasingan serpihan dan pengukuran jisim berketepatan tinggi di fasiliti tersebut boleh diselaraskan untuk mengkaji nukleus yang amat jarang serta berumur pendek.

Apabila intensiti alur dan kecekapan eksperimen HIAF terus dipertingkatkan, keupayaan eksperimen fasiliti itu dijangka meningkat kira-kira dua tertib magnitud. Peningkatan ini berpotensi membolehkan penemuan lebih banyak isotop, ujian yang lebih mencabar terhadap model jisim nuklear serta pengukuran sifat nukleus dalam keadaan ketidakseimbangan proton-neutron yang semakin ekstrem.

Hafnium-153 penting atas dua sebab: ia merupakan nukleus baharu yang amat sukar dihasilkan dan dikenal pasti, selain menjadi bukti praktikal bahawa HIAF sudah bersedia meneroka sempadan landskap nuklear yang masih kurang dikaji.