Cameron Merritt
0 
4240
75
Fysikere har protonbjælker og lasere for første gang at låse op for en af nøglehemmelighederne for det sjældneste naturligt forekommende element på Jorden: astatin.
Astatin er en "halogen", hvilket betyder, at den deler kemiske egenskaber med fluor, klor, brom og jod (alle elementer, der typisk binder til metaller til dannelse af salte). Men med 85 protoner er det tungere end bly og er usædvanligt sjældent på Jorden - det sjældneste af de elementer, der forekommer naturligt i jordskorpen, ifølge kemiker John Emsleys 2011-bog "Nature's Building Blocks" (Oxford University Press). Det dannes af henfaldende uran og thorium, og dets mest stabile version eller isotop (kaldet astatine-210) har en halveringstid på kun 8,1 timer - så hvis du fandt en stash af det om morgenen, ville halvdelen af det være væk af aftenen.
Det er så sjældent, at forskerne indtil for nylig aldrig har været i stand til at samle nok af det til at teste, hvordan det interagerer med elektroner. Det er et problem, delvis fordi en af dens radioaktive isotoper, astatine-211 har potentialet til at være nyttigt i kræftbehandlinger. Men forskere var ikke sikre på, hvor sandsynligt det er at tiltrække elektroner og danne negative ioner, hvilket kan være skadeligt for sunde celler. Et nyt papir ændrer det.
Projektet til forståelse af astatine fandt sted på ISOLDE, den del af EU's flagskib CERN-partikelfysikforskningscenter, der fokuserer på sprængning af protonstråler mod varme og tunge mål lavet af forskellige kemiske elementer
Relaterede:De 18 største uløste mysterier inden for fysik
For denne indsats fyrede forskerne protoner mod et mål lavet af atomer af thorium, et ustabilt element med 90 protoner. Det frembragte en sammenbrud af nye atomer, inklusive astatine-211.
Ved at filtrere astatine-211 fra resten af atomerne byggede forskerne et stort nok lager af det altid forfaldne radioaktive stof til anvendelse i deres lasereksperimenter. Fokuseret lys kan banke rundt om elektronerne på et atom, så forskere kan foretage præcise målinger af deres opførsel.
I en tidligere artikel, der blev offentliggjort i 2013 i tidsskriftet Nature Communications, målte ISOLDE-teamet ioniseringsenergien for astatin: hvor svært det er at fjerne et elektron fra atomet. I et papir fra 30. juli, også offentliggjort i Nature Communications, beregnede de dets elektronaffinitet: hvor let isotopen tiltrækker nye elektroner.
RELATEREDE-Den mystiske fysik i syv hverdagslige ting
-7 mærkelige fakta om kvarker
-Hvad er det? Dine fysiske spørgsmål besvaret
Ioniseringsenergien var omkring 9.31752 elektronvolt. Elektronaffiniteten er ca. 2.41579 elektronvolt. Tilsammen danner de to numre et komplet billede af, hvordan det tunge, sjældne element interagerer med elektroner. (Det vil tage mange år at forstå de fulde praktiske implikationer af disse tal, men det er en vigtig hindring at bestemme dem netop.)
Relaterede: Naturens mindste partikler (infographic)
ISOLDE trompet resultatet som bekræftelse af teoretisk modelleringsarbejde, der havde foregået på samme tid i laboratoriet. Den umiddelbare konsekvens af dette resultat kan være kræftforskning, sagde ISOLDE. Astatine-211 frigiver alfapartikler, når det nedbrydes, radioaktive kulhydrater, der består af protoner og neutroner, der kan dræbe kræftceller. Men at bestemme, hvordan man bruger radioaktive astatinsalte i kræftbehandlinger, kræver en dyb forståelse af, hvordan elementet skaber negative ioner. Idet astatin trækker elektroner fra molekyler i sunde celler i kroppen, forvandles det til negative ioner, der kan skade sunde celler. Forskere har brug for en nøjagtig forståelse af denne proces for at levere de bedste terapier.
I sidste ende, sagde ISOLDE, kunne deres teknikker åbne mysteriet for super-tungerne - elementer, der kun findes kort i laboratorier i små mængder med egenskaber, som forskere næppe overhovedet forstår.
Se alle kommentarer (0)