Jednym z najważniejszych zadań współczesnej fizyki jądrowej jest poznanie własności jąder atomowych dalekich od trwałości, w których zaburzona jest równowaga między liczbą protonów a neutronów. Badania takich jąder pozwalają lepiej zrozumieć naturę oddziaływań fundamentalnych, wyznaczyć granice świata jądrowego, a także w pełni zrozumieć procesy powstawania pierwiastków chemicznych w Kosmosie. Jednym z wiodących ośrodków w skali światowej, w którym wytwarza się jądra bardzo dalekie od trwałości, jest CERN-ISOLDE, który znajduje się na terenie kompleksu Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych CERN pod Genewą. W laboratorium tym potężne akceleratory służące do badania cząstek elementarnych są także wykorzystywane do produkcji egzotycznych jąder. ISOLDE wyposażone jest w cały szereg nowoczesnych instrumentów, co stwarza unikatowe możliwości badania własności takich jąder, np. poprzez spektroskopię laserową atomów i molekuł zawierających jądra promieniotwórcze, lub przez wywoływanie reakcji z udziałem egzotycznych nuklidów (wiązki radioaktywne). Laboratorium ISOLDE jest zarządzane przez międzynarodową współpracę ISOLDE, w której skład wchodzą fizycy z kilkunastu krajów.
Polscy fizycy uczestniczą w programie naukowym ISOLDE od momentu utworzenia tego ośrodka w 1967 roku. Przez wiele lat mogli to jednak robić tylko dzięki uprzejmości fizyków z krajów członkowskich tej współpracy. Od 2016 roku Polska jest pełnoprawnym członkiem ISOLDE, co daje wszystkim polskim fizykom jądrowym dostęp do infrastruktury badawczej tego ośrodka oraz wpływ na jego politykę naukową i funkcjonowanie. Polscy naukowcy bardzo aktywnie włączyli się do badań prowadzonych w ISOLDE, są współautorami wielu projektów, a kilka zaakceptowanych eksperymentów jest firmowanych przez polskich fizyków. Największy udział mają w tych pracach fizycy jądrowi z Uniwersytetu Warszawskiego, z Narodowego Centrum Badań Jądrowych, z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN i z Uniwersytetu Łódzkiego.
Przykładem tematyki z bardzo istotnym wkładem polskim jest program badania struktury nuklidów wokół bardzo neutrono-nadmiarowego, tzw. podwójnie magicznego izotopu cyny 132Sn. Do wydajnego i bardzo selektywnego wytwarzania tych nuklidów wykorzystuje się nowoczesne laserowe źródła jonów i separację masową, a informacje o nich uzyskuje się rejestrując ich rozpady promieniotwórcze. W eksperymentach stosowano technikę pomiaru bardzo szybkich procesów (fast timing), w której polscy uczestnicy są uznanymi ekspertami. Część zaawansowanej elektroniki pomiarowej pochodziła z Polski.
ISOLDE umożliwia nie tylko wytwarzanie i selekcję promieniotwórczych nuklidów, ale także przyspieszanie ich i formowanie tzw. wiązek radioaktywnych. Ważnym tematem badawczym jest badanie reakcji tzw. wzbudzeń kulombowskich z udziałem takich wiązek. W analizie danych zebranych w tych eksperymentach kluczową rolę odgrywa wyspecjalizowany program GOSIA, opracowany w Warszawie. Badania te przyniosły bardzo ciekawe wyniki na temat różnych kształtów jakie przyjmują jądra izotopów radonu, radu i rtęci.
W lekkich jądrach z nadwyżką neutronów występuje zjawisko tzw. halo neutronowego. Przejawia się ono m.in. w przemianach beta tych jąder z emisją cząstek naładowanych. Polscy fizycy zaproponowali oryginalną metodę badania takich przemian z użyciem specjalnego detektora gazowego z odczytem optycznym (OTPC – Optical Time Projection Chamber). Urządzenie to, zaprojektowane i zbudowane w Warszawie, zostało wykorzystane do badania bardzo rzadkiej przemiany izotopu helu 6He z emisją deuteronu i cząstki alfa, co przyniosło informacje o halo neutronowym w jądrze 6He. Dotychczasowy udział Polski w ISOLDE już przyniósł kilka pierwszorzędnych wyników naukowych. Dorobek ten zacznie wkrótce rosnąć, gdyż w czerwcu 2021, po dwuletniej przerwie technicznej, akceleratory w CERN zostaną ponownie uruchomione i rozpocznie się realizacja licznych eksperymentów z udziałem fizyków polskich.
Więcej informacji o ISOLDE można uzyskać na portalu: https://isolde.cern/.
Marek Pfützner, e-mail: pfutzner@fuw.edu.pl
