Loading

Egzotyczne nuklidy i promieniotwórczość dwuprotonowa Marek Pfützner (Uniwerstet Warszawski)

Odkrycie promieniotwórczości pod koniec XIX wieku otworzyło okno na całkiem nowy świat zjawisk fizycznych i dało początek nowym gałęziom nauki.

Na początku tej naukowej rewolucji wielką rolę odegrała Maria Skłodowska Curie, która badając promieniotwórczość odkryła nowe pierwiastki chemiczne: polon i rad. Maria, wraz z mężem Piotrem Curie, badała promieniotwórczość naturalną, której źródłem były występujące w przyrodzie uran i tor. W latach trzydziestych XX wieku córka Marii, Irena i jej mąż Frederic Joliot, byli pierwszymi, którym udało się wytworzyć w laboratorium nowe, sztuczne nuklidy promieniotwórcze. W tym czasie powstały też pierwsze akceleratory cząstek, dzięki którym poznawanie nowych zjawisk subatomowych i wytwarzanie nowych nuklidów promieniotwórczych nabrało nagle znacznego przyspieszenia. Rozszerzanie znanego świata nuklidów trwa nieprzerwanie do dzisiaj i trwać będzie jeszcze długo.

Obecnie znamy ok. 3300 nuklidów, wśród których 252 są trwałe.

Na mapie nuklidów tworzą one tzw. ścieżkę trwałości. Wytwarzanie nowych nuklidów leżących daleko od tej ścieżki, mających silnie zaburzoną proporcję między liczbą neutronów a liczbą protonów i dlatego nazywanych egzotycznymi, jest coraz trudniejsze. Jednak dzięki ciągłemu rozwojowi technik przyspieszania cząstek i detekcji promieniowania jądrowego, postęp w tej dziedzinie ciągle trwa. Ważnym przełomem technologicznym było wprowadzenie przed 30 laty metod tworzenia wiązek radioaktywnych, które umożliwiają wytwarzanie, pełną identyfikację w locie i detekcję pojedynczych jonów skrajnie egzotycznych nuklidów.

Wraz z poszerzaniem obszaru znanych nuklidów, odkrywamy też nowe przemiany jądrowe jakim one ulegają.

W pracy doktorskiej Marii Curie (1903) znajdujemy opis trzech rodzajów promieniotwórczości: α, β i γ. Irena i Frederic Joliot-Curie zaobserwowali nowy wariant przemiany β, (β+), w którym emitowany jest pozyton (1934). Później odkryto spontaniczne rozszczepienie (1940), emisję protonu (1982), emisję ciężkich klastrów (1984), takich jak izotopy węgla, i wreszcie jednoczesną emisję dwóch protonów (2002).

To ostatnie odkrycie, w którym znaczącą rolę odegrali fizycy polscy, było możliwe dzięki metodzie wiązek radioaktywnych.

Nuklidy i ich przemiany stanowią fascynujący przedmiot badań sam w sobie. Poznanie i zrozumienie praw, jakim podlegają ma jednak znacznie większe znaczenie. Zjawiska jądrowe znajdują ważne zastosowanie w wielu dziedzinach techniki, np. w energetyce i w medycynie. Z wiedzy o nuklidach korzysta astrofizyka, gdy wyjaśnia budowę i ewolucję gwiazd. Własności nuklidów, w tym także tych najbardziej egzotycznych, których pojedyncze atomy wytwarzamy z wielkim wysiłkiem w laboratoriach, są kluczem do zrozumienia kosmicznych procesów, z których zrodziły się pierwiastki chemiczne tworzące świat wokół nas.

Prof. dr hab. Marek Pfützner zajmuje się doświadczalną fizyką jądrową, głównie badaniami nuklidów egzotycznych, dalekich od ścieżki stabilności beta.

Pracuje w Instytucie Fizyki Doświadczalnej na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.

Prowadził eksperymenty w największych laboratoriach jądrowych na świecie, takich jak GSI (Darmstadt, Niemcy), GANIL (Caen, Francja), CERN (Genewa, Szwajcaria), NSCL (East Lansing, USA), RIKEN (Tokio, Japonia). Przyniosły one m.in. odkrycie 230 nowych izotopów.

Wśród licznych tematów badawczych jakie podejmuje, szczególne miejsce zajmują badania przemian jądrowych z emisją cząstek naładowanych.

W 2002 roku po raz pierwszy zaobserwował promieniotwórczość dwuprotonową, czyli spontaniczną, jednoczesną emisję dwóch protonów przez jądro atomowe.

W jego zespole powstał nowatorski detektor gazowy z odczytem optycznym do badań bardzo rzadkich przemian jądrowych. Przy jego pomocy zbadano szczegółowo mechanizm emisji dwuprotonowej, a także odkryto nowy wariant przemiany beta z emisją trzech protonów opóźnionych.

Marek Pfützner jest współautorem 230 publikacji w czasopismach naukowych o międzynarodowym zasięgu. Prace te były cytowane ok. 8000 razy. Jest laureatem nagrody Fundacji na rzecz Nauki Polskiej oraz nagrody im. Zdzisława Szymańskiego.

25 kwietnia 2020 r. godz. 11:00

Audytorium 0.03 Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego

Credits:

Used photos by Marek Pfützner, Christopher Campbell (Unsplash)