Juli 1996 (Band 5, Nummer 7)
Forscher an SUNY-Stony Brook haben erfolgreich die weltweit seltensten natürlich vorkommenden Element gefangen, francium, die Bühne für hochpräzise Tischplatte Messungen darüber, wie die schwache Kernkraft manifestiert sich auf atomarer Ebene. Das Stony Brook-Team entwickelte eine Technik, um mehr als 10.000 Franciumatome in einem Volumen von etwa der Größe eines Stiftkopfes mit sechs Laserstrahlen und einem inhomogenen Magnetfeld einzufangen.,
Francium ist das schwerste Alkali und das am wenigsten stabile der ersten 103 Elemente im Periodensystem. Weniger als 30 Gramm davon gibt es auf der Erde zu jeder Zeit, in Uranvorkommen. Es erscheint Atom für Atom als schwerere Atome zerfallen, und es verschwindet in weniger als 20 Minuten, wenn Francium selbst zerfällt. Während die künstliche Herstellung von Francium kein Problem war, war es eine große Herausforderung, Franciumatome einzufangen und zu untersuchen., Forscher in Stony Brook, Berkeley und anderswo haben zuvor magnetooptische Fallen verwendet, um radioaktive Atome zu sammeln, aber eine Herausforderung bei Francium bestand darin, herauszufinden, wie die Fanglaser abgestimmt werden können, da keine stabilen Isotope von Francium als Referenz bekannt sind. Die jüngsten Entwicklungen wurden von Gene Sprouse in einem DNP-Mini-Symposium am Freitag auf der gemeinsamen APS/AAPT-Sitzung beschrieben.,
Das SUNY-Team unter der Leitung von Luis Orozco kann nun eine Million Ionen pro Sekunde von Francium-210 produzieren, das eine Halbwertszeit von etwa drei Minuten hat, indem es ein Goldziel sehr nahe am Schmelzpunkt bombardiert Sauerstoffstrahlen aus dem supraleitenden Linearbeschleuniger in Stony Brook. „Sie können“t haben eine Flasche francium oder ein pellet von francium“, sagte Orozco. „Du musst es die ganze Zeit machen, um damit zu arbeiten.,“
Da die Atome mit zu viel Energie erzeugt wurden, um sofort mit Lasern gefangen zu werden, entwickelte das Stony Brook-Team Methoden, um ihnen schnell und effizient Energie zu entziehen. Nachdem sie die Ionen in neutrale Atome umgewandelt und erheblich verlangsamt haben, senden sie das Francium in eine magnetooptische Falle, eine Vorrichtung, die sechs Laserstrahlen verwendet-die auf die richtige Frequenz abgestimmt werden mussten, um die Atome zu verlangsamen und zu begrenzen – und ein nicht einheitliches Magnetfeld., Innerhalb der Fallen prallen die Atome zwischen speziell beschichteten Glaswänden hin und her und verlangsamen einige Atome so weit, dass sie in der Mitte der Falle gefangen werden.
Jetzt, da dieses seltene Element konzentriert und begrenzt werden kann, plant das Forschungsteam, die atomaren Eigenschaften von Franciumatomen zu untersuchen, was neue Horizonte für das Verständnis der atomaren Struktur eines sehr schweren Elements eröffnet. Zum Beispiel wurde zum ersten Mal ein neues Energieniveau beobachtet, und Lebensdauermessungen sind im Gange.,
Untersuchungen von eingeschlossenem Francium können letztendlich auch zu hochpräzisen Messungen eines Phänomens führen, das als Paritäts-Nichtkonservierung bekannt ist und dann Informationen über die Wechselbeziehung zwischen der elektromagnetischen und der schwachen Kraft liefern würde. Die frankische Energiewende ist durch die elektromagnetische Wechselwirkung verboten, weil sie die Parität verletzt, aber durch die Parität-die schwache Wechselwirkung verletzt-erlaubt ist. Die Auswirkungen einer Paritätsverletzung sind in Francium mindestens 18-mal ausgeprägter als in Cäsium, einem anderen Atom, in dem eine Paritätsverletzung untersucht wurde.