Når atomer overrasker selv forskerne

Jeg indrømmer det gerne — fysiktimerne i gymnasiet var ikke lige min stærke side. Men af og til støder forskerne på noget så fascinerende, at selv de mest science-resistente af os bliver nødt til at lytte efter.

Det her er et af de øjeblikke.

Gåden der forvirrede forskerne i årtier

Lad mig starte med det grundlæggende: atomer består af en kerne med protoner og neutroner, omkranset af elektroner. Nogle gange bliver disse kerner "stimuleret" — de har ligesom ekstra energi i sig — og når de falder til ro, udsender de denne energi som gammastråling. Tænk på det som en bold, der hopper højere og højere, indtil den endelig lander.

I årevis observerede forskerne noget mærkeligt. Visse atomkerner udsendte langt flere lav-energiske gammastråler, end de teoretiske modeller forudså. Det skete ikke tilfældigt — kun under bestemte forhold i bestemte atomer. Og det mest forvirrende: ingen kunne finde ud af hvorfor eller hvilke atomer der opførte sig sådan.

Eleanor Ronning, en af forskerne bag projektet, beskrev det ganske enkelt: "Denne ekstra gammastråling var slet ikke forudsagt af teorien, så det kom som en overraskelse for hele feltet."

Kort sagt: selv eksperterne var helt uforberedte. Hvilket jo ikke ligefrem giver tryghed, når vi stoler på, at de forstår hvad der sker i atomkraftværker og inde i stjerner. Men mere om det senere.

Hvad skete der egentlig?

En forskergruppe fra Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) og Lawrence Livermore National Laboratory har lige offentliggjort deres resultater i Nature, og de har endelig fundet svaret. Og det viser sig, at alt handler om skjult magnetism i atomer.

Forskerne undersøgte nærmere, hvordan radioaktive kobberatomer henfalder til zink. Ved hjælp af nogle ekstremt avancerede instrumenter kunne de skelne mellem to forskellige typer af kerneovergange under dette henfald.

Her bliver det virkelig interessant. Den første overgang var det, forskerne kalder en "elektrisk" overgang — protonerne inde i kernen skiftede simpelthen position.

Men den anden var anderledes. Det var en "magnetisk" overgang, hvor protonerne og neutronerne inde i kernen vendte deres indre magnetiske egenskaber. Som små kompasnåle, der pludselig snurrer rundt alle på samme tid.

Og her kommer den afgørende opdagelse: det var udelukkende den magnetiske overgang, der skabte de ekstra gammastråler. Den elektriske overgang? Helt normal. Kedelig, faktisk.

Hvorfor skal du overhovedet interessere dig for det?

Jeg kan høre, hvad du tænker: "Fedt for fysikerne, men hvad har det med mig at gøre?"

Det er et fair spørgsmål. Her er hvorfor det betyder noget:

For det første hjælper det os med at forstå universet bedre. De kerne Reaktioner der foregår inde i stjerner, supernovaer og de kæmpe neutronstjerne-kollisioner, der skaber guld og andre tunge grundstoffer — de involverer alle gammastråling. Nu har vi et bedre greb om, hvordan disse processer fungerer.

For det andet, og det her rører ved nationale sikkerhedsinteresser, hjælper denne viden forskerne med at verificere atomvåbenaftaler og undersøge atomare hændelser. Hvis nogen detonerer et atomvåben eller har et hemmeligt atomprogram, kan disse gammastråle-signaturer hjælpe os med at afsløre, hvad der er sket.

For det tredje er der atomkraft. Jo bedre vi forstår atomkernernes opførsel, desto bedre kan vi forudsige og modellere kerne Reaktioner — hvilket, når man prøver at udvinde elektricitet fra nogle af naturens mest kraftfulde processer, er temmelig vigtigt.

Det store billede

Det, jeg finder mest fascinerende ved denne historie, er ikke selve opdagelsen — det er påmindelsen om, at selv efter årtiers studier af atomet, venter der stadig overraskelser på os. Vi tror, vi har fysikken på plads, og så kommer noget som dette og ryster os.

Forskergruppen påstår ikke, de har løst alt. De undersøgte én specifik kerne, og der findes hundreds of others that might behave differently. Men dette er, som en forsker udtrykte det, "et stort skridt fremad." En byggesten at arbejde videre på.

Og ærligt talt? Det giver mig lidt mere tro på de fysiktimer, jeg engang sov igennem. Videnskab handler ikke om at have alle svarene — det handler om at stille bedre spørgsmål. Og nogle gange tager det årtiers tålmodigt arbejde at finde ud af, hvorfor noget mystisk overhovedet sker.

Så næste gang nogen fortæller dig, at fysik er kedeligt, kan du fortælle dem om den hemmelige magnetism, der gemmer sig inde i atomer og skaber gammastråler, som ingen forventede. Det gør dig måske ikke populær til fester, men det er i det mindste mere interessant end din morgenmad.

Kilde: ScienceDaily