Projektanslag

De utforskar de tyngsta ämnena i världen

2013 bevisade forskare i Lund att ett nytt, supertungt grundämne existerade. Uppmärksamheten kring ämne 115 blev enorm. Nu är det lugnare på Fysicum i Lund, men jakten på atomvärldens tungviktare fortsätter. Det räcker inte att lyckas framställa dem. Man måste också hinna upptäcka och mäta dem innan de faller sönder.

”Supertunga” kallas de grundämnen som har mer än 103 protoner i kärnan. En handfull sådana ämnen har varit kända i decennier, men vid årsskiftet 2015–2016 utökades gruppen rejält. Då godkände internationella kemiunionen IUPAC fyra nya grundämnen med atomnumren 113, 115, 117 och 118. Alla är konstgjorda, och mycket instabila. Det krävs komplicerade mätningar för att hitta och registrera partiklarna innan de försvinner. För grundämne 115 stod forskare från Lund för viktiga delar av beviset.

Nu ska Lundaforskarna med anslag från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse utveckla instrument och metoder för att göra bättre mätningar på de nya ämnena, och på sikt kanske tillverka ännu tyngre ämnen. Det kräver en kombination av avancerade experiment och teoretiska beräkningar. I Lund finns forskare inom båda fälten.

– Ibland vet vi inte själva riktigt vad det är vi observerar i våra försök. Då går vi till kollegorna på avdelningen för matematisk fysik en trappa upp och diskuterar resultaten, säger Dirk Rudolph, professor i kärnfysik.

De starka kopplingarna mellan teori och experiment var en av de saker som lockade honom från Tyskland till Lunds universitet på 1990-talet. Kollegan Sven Åberg, professor i matematisk fysik, är enig om att det täta samarbetet är väldigt viktigt.

– Vi gör inte bara teoretiska beräkningar på egen hand, utan vi för en dialog med experimentalisterna om varför det ser ut som det gör i deras försök. Och ibland är det vi som får idéer om något de kan försöka mäta. Det blir en viktig dynamik, säger Sven Åberg.

Supertunga ämnen skapas i kollisioner

De supertunga grundämnena tillverkas genom att atomkärnor av andra ämnen får kollidera med varandra så att de smälter samman till en ny, större kärna. Den nya kärnan faller sönder mycket fort, på bråkdelar av en sekund. Genom att mäta den strålning som skickas ut när atomkärnan faller sönder eller förändras på olika sätt, kan forskarna dra slutsatser både om hur stor partikeln var från början, och hur den ser ut inuti.

Experimenten kring ämne 115 gjorde Lundaforskarna vid en forskningsanläggning i Tyskland. En tunn folie av ämnet americium besköts med en stråle atomer av ämnet kalcium. Efter sex triljoner kollisioner, hade forskarna lyckats mäta 30 sönderfall som de kunde räkna ut kom från 115-kärnor. Det stärkte kraftigt beviset för att ett nytt grundämne existerade.

Nu kommer gruppen i Lund att bygga ett ännu bättre mätinstrument, som tillsammans med en mer intensiv stråle ska göra just studierna av supertunga grundämnen tio gånger så effektiva. Det betyder att samma undersökning kan göras på en tiondel av tiden – eller så kan man arbeta lika länge, och få betydligt mer detaljerad information. Arbetet görs tillsammans med forskare i Tyskland och försöken görs där, vid en partikelaccelerator i Darmstadt.

Fler neutroner skulle göra kärnorna stabilare

Forskarna hoppas också kunna producera och upptäcka ännu tyngre ämnen med hjälp av de nya instrumenten.

– De här grundämnena som skapas genom kollisioner får många protoner, men relativt få neutroner. Våra teoretiska beräkningar antyder att med fler neutroner skulle kärnorna bli mycket mer stabila. Det är svårt att åstadkomma i experiment. Men kanske kan man hitta sådana ämnen i exempelvis resterna efter meteoritnedslag, säger Sven Åberg.

Om det gick att finna eller skapa supertunga ämnen som inte genast föll sönder, vad skulle de då kunna användas till? Omöjligt att säga, konstaterar forskarna. Än så länge har man ju inte ens kunnat undersöka vilka kemiska egenskaper de har.

– På 1940-talet tillverkades de första atomerna av americium. Tjugo år senare började man använda dem i brandvarnare, vilket man fortfarande gör. Vem hade kunnat ana att just det ämnet skulle komma att rädda människors liv överallt i världen? säger Dirk Rudolph.

”Lundium” ett framtidsämne

Lika omöjligt är det att veta om framtidens ämne 119 kommer väcka lika stor uppmärksamhet som 115 gjorde. Dirk Rudolph var under en tid fullkomligt nerringd av både svenska och utländska medier. Han kallar det ”stressigt, men lärorikt”.

– Det var ett slags hype som man som grundforskare inte är van vid. Dessutom gick det engelska pressmeddelandet ut för tidigt, några dagar innan vi publicerades i Physical Review Letters. Lyckligtvis var de bara glada för uppmärksamheten. Hade det varit i Nature eller Science så hade de strukit artikeln…

Just nu pågår en process där namnförslag tas in för ämne 115. Den svenska forskargruppen har på skoj kallat det ”Lundium”, men i dagsläget är det en rysk-amerikansk forskargrupp som får föreslå namn. De var först med att producera 115-partiklarna, även om svenskarna stod för ett mer omfattande bevis.

– Det blir inte vi som väljer namnet den här gången. Men när vi hittar ämnena med nummer 119 och uppåt… DÄR har vi Lundium, säger Sven Åberg och skrattar.

Text Lisa Kirsebom
Bild Magnus Bergström