Stel je voor: je probeert te achterhalen waar de meest bizarre bouwstenen van het universum vandaan komen. Meer dan 60 jaar lang was de oorsprong van zeldzame, protonenrijke isotopen – de zogenaamde p-nuclei – een gigantisch mysterie. Wetenschappers wisten dat ze er moesten zijn, maar het ‘hoe’ en ‘waar’ bleef een open vraag, alsof je een puzzel probeert op te lossen met de helft van de stukjes.
Nu is er eindelijk een doorbraak. Een team van onderzoekers heeft een cruciale reactie in het laboratorium nagebootst, iets wat tot voor kort onmogelijk was. Ze keken specifiek naar selenium-74, de lichtste van deze zeldzame elementen. Als je geïnteresseerd bent in hoe zware elementen – inclusief degene die wij dagelijks gebruiken – zijn ontstaan, dan is dit nieuws essentieel.
De Tweede Kans: Waarom neutronen vangen niet genoeg is
De meeste elementen die zwaarder zijn dan ijzer ontstaan via het langzame of snelle neutronenvangstproces. Dit is redelijk rechttoe rechtaan: je pompt neutronen in een atoomkern tot het stabiel wordt. Simpel, toch? Niet helemaal.
Er is een groep elementen, waaronder selenium-74, die je op die manier gewoon niet kunt maken. Ze hebben te veel protonen ten opzichte van hun neutronen. Dit zijn de 'p-nuclei'. Ze vereisen buitengewone kosmos-gebeurtenissen.
De gamma-explosie: Waar de sterren scheuren
De meest geaccepteerde theorie is het gamma-proces. Dit gebeurt tijdens de meest catastrofale gebeurtenissen in de kosmos: bepaalde supernova-explosies. Hierbij zijn de temperaturen zó hoog dat gammastralen als een soort kosmische hogedrukreiniger neutronen uit bestaande, zware kernen slaan.
Het resultaat? Kernen met een overschot aan protonen. Ze zijn instabiel, maar uiteindelijk stabiliseren ze in de zeldzame p-nuclei zoals selenium-74. Het probleem was dat de cruciale reacties om dit te bewijzen, niet in een eenvoudig lab na te bootsen waren.
De ‘Onmogelijke’ Meting: Hoe ze arsenicum-73 aanvielen
Wat dit onderzoek zo baanbrekend maakt, is dat het team, onder leiding van Artemis Tsantiri, voor het eerst de **protonenvangst op de kortlevende isotoop arsenicum-73** observeerde om zo selenium-74 te creëren.
Dit is vergelijkbaar met proberen trefzeker te zijn met een honkbalknuppel op een vlieg die met 100 km/u door een dik gordijn vliegt. Je hebt de juiste instrumenten nodig.
- De Uitdaging: Arsenicum-73 is extreem onstabiel en moeilijk te produceren in een bruikbare hoeveelheid.
- De Oplossing: Ze gebruikten de state-of-the-art FRIB-faciliteit, specifiek de ReA-versneller, die ze zelfstandig (offline) draaiden om de benodigde bundel te genereren.
- De Setup: De bundel arsenicum-73 schoot op een cel gevuld met waterstofgas (de protonendonor) in het hart van een detector.
De onderzoekers meet de omgekeerde reactie – de snelheid waarmee selenium-74 weer door gammastraling wordt afgebroken in die supernova. Door dit direct te meten, kunnen ze hun theoretische modellen veel nauwkeuriger maken.
De Onthulling: We zijn er nog niet helemaal
Toen de experimentele data eenmaal in de astrofysische modellen werd ingevoerd, zagen ze direct een grote verbetering. De onzekerheid over de hoeveelheid selenium-74 in ons zonnestelsel werd gehalveerd. Dat is een enorme sprong voorwaarts in nucleaire astrofysica.
Maar hier komt de nuance: zelfs met deze sterk verbeterde data matcht het model de werkelijke waargenomen hoeveelheid van selenium-74 nog steeds niet perfect. Een van de meest ervaren wetenschappers op dit gebied merkte op dat dit bewijst dat we de omstandigheden tijdens die supernova's nog steeds niet helemaal correct inschatten. Misschien moeten de modellen van de gammabrandstof zelf nog aangepast worden.
Dit werk is een prachtig voorbeeld van hoe fundamentele, bijna onbegrijpelijke wetenschap ons uiteindelijk vertelt waar we vandaan komen. We hebben de ontstaansgeschiedenis van een zeldzaam element verhelderd, maar de weg naar compleet begrip is nog bezaaid met hiaten.
Wat denk jij dat de volgende stap moet zijn? Moeten we de temperatuur in de modellen verder opvoeren, of is het de dichtheid van de materie die we verkeerd inschatten? Laat het weten in de comments!
