Väitös: Uusia havaintoja eksoottisten aktiniumytimien rakenteesta (Louko)

Kaikki tavallinen aine koostuu atomeista. Vaikka atomit ovat jo itsessään erittäin pieniä, ovat niiden ytimet vielä noin kymmenentuhatta kertaa pienempiä. Oikeastaan suurin osa yksittäisestä atomista on vain tyhjää tilaa. Varsinainen ydin sen sijaan koostuu protoneista ja neutroneista ja on erittäin tiivis. Atomiydin onkin ihanteellinen kohde maailmankaikkeuden perusvuorovaikutusten tutkimiseen. 

Maailmanluokan mittalaitteisto 

Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen kiihdytinlaboratoriossa hyödynnetään muun muassa fuusioreaktioita, joiden avulla on mahdollista tuottaa harvinaisten alkuaineiden epävakaita isotooppeja, joita ei normaalisti löydy maapallolta. Kunkin alkuaineen eri isotooppien ytimissä on aina sama määrä protoneja, mutta neutroniluku vaihtelee isotoopista toiseen.  

Kun atomiydin muodostuu ydinreaktiossa, päätyy se usein virittyneelle energiatilalle. Purkautuessaan näiltä ylemmiltä tiloilta atomiydin lähettää gammasäteitä, joita havaitsemalla saadaan tietoa atomiytimen rakenteesta. Tätä gammasäteiden tutkimusta kutsutaan gammaspektroskopiaksi.  

Haastava tutkimuskohde 

Jyväskylän yliopiston väitöskirjatutkija Jussi Loukon väitöskirjatyössä tutkittiin kahden neutronivajaan aktinium isotoopin, ²¹¹Ac ja ²¹³Ac, rakennetta MARA rekyyliseparaattorin ja JUROGAM 3 gammaspektrometrin avulla. Aktinium sijaitsee jaksollisessa järjestelmässä uraanin ja radonin välimaastossa eli se on raskas ja radioaktiivinen alkuaine. Lisäksi väitöstyössä onnistuttiin mittaamaan radium-211 isotoopin ominaisuuksia. 

- Eksoottisten atomiytimien tutkiminen on erittäin haastavaa, sillä niitä syntyy vain häviävän pieni määrä fuusioreaktioissa. Nyt näiden kahden aktiniumytimen lähettämiä gammasäteitä onnistuttiin mittamaan ensimmäistä kertaa, sanoo väitöskirjatutkija Jussi Louko Jyväskylän yliopistosta. Mittaukset osoittivat, että nämä ytimet muistuttavat todella paljon niiden yhtä protonia keveämpiä radium isotooneja, hän jatkaa.  

Mittaukset haastavat ydinteorioita 

Erityinen motivaatio juuri näiden ytimien tutkimiseen liittyy niiden lähellä esiintyviin kollektiivisiin ilmiöihin, jossa ytimen protonit ja neutronit näyttävät käyttäytyvän yhtenäisesti. Teoreettiset fyysikot pyrkivät kehittämään malleja, joiden avulla kaikkien atomiytimien käyttäytymistä voitaisiin ennustaa. Kokeelliset mittaukset ovat välttämättömiä testipisteitä näille teorioille.  

- Tässä tapauksessa kokeellinen data soveltui teoreettisiin malleihin varsin hyvin, mutta juuri systemaattinen tutkimustyö on tärkeää, sillä usein mielenkiintoisimmat poikkeavuudet ovat äkillisiä, selventää Louko.  

FM Jussi Loukon väitöskirjan “Probing neutron deficient trans-lead nuclei with γ-ray spectroscopy using in-flight separator and recoil-decay tagging method” tarkastustilaisuus perjantaina 13.12.2024 klo 12:00 fysiikan laitoksen salissa FYS1. Vastaväittäjänä toimii yli-insinööri, FT Kerttuli Helariutta (Helsingin yliopisto) ja kustoksena akatemiatutkija Kalle Auranen (Jyväskylän yliopisto). 

Väitöskirja " Probing neutron deficient trans-lead nuclei with γ-ray spectroscopy using in-flight separator and recoil-decay tagging method” on luettavissa JYX-julkaisuarkistossa: https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/98297