Selv om atomkjernen ble oppdaget for over hundre år siden, er den fortsatt full av hemmeligheter.

Ann-Cecilie Larsen har nylig tatt doktorgrad på hva som skjer med en atomkjerne når den varmes opp til høye temperaturer, slik den for eksempel blir i supernovaeksplosjoner. Resultatene var overraskende.

Det viste seg at atomkjernene kvitter seg med energi saktere, og i mindre porsjoner enn man har trodd tidligere. Det gjør de ved å sende ut mer rødt enn blått lys.

Dette kan gi ny innsikt i hvordan grunnstoffene i solsystemet vårt har blitt dannet.

Ti milliarder grader

Ved å skyte små heliumpartikler på metalliske folier av grunnstoffene vanadium og scandium, kunne Larsen øke temperaturen i atomkjernene til rundt ti milliarder grader.

Når atomkjernene begynner å kjøles ned, sender de ut partikler og lys, og dette har hun målt med nanosekunds presisjon.

Målingene er gjort ved Oslo Syklotronlaboratorium som hører innunder SAFE-senteret ved det Matematisk-Naturvitenskapelige fakultet.

- Når kjernene er kalde, vil partiklene de er bygget opp av gå sammen to og to og danne par. I denne tilstanden er de også superledende, forklarer Larsen.

- Når de blir varme, brytes parene opp. Da er de ikke lengre i en superledende fase. Det er veldig gøy å faktisk måle dette eksperimentelt og ikke bare forutsi det teoretisk, forteller hun entusiastisk.

Ved å studere lysstrålingen og banene til partiklene i kjernen, ser man hvilke kvantenivåer kjernen kan ha, hvor mye av energien kjernen kvitter seg med, og hvor fort den gjør det.

- Eksperimentet kan sammenlignes med å koke opp en kjele vann, for så å ta den av platen og se hvordan varmen i vannet forandrer seg over tid, forklarer Larsen.

”Rødere” enn man har trodd

Hun oppdaget at atomkjernen sender ut energien i mye mindre ”porsjoner” enn hva man har trodd tidligere.

- Man har trodd at kjernen vil kvitte seg med mye energi på én gang, og slik bruke kortere tid på å gå tilbake til ”normalen”.

- Det jeg var med på å oppdage, er at noen kjerner liker å sende ut lys med mye lavere energier enn man tidligere har trodd, forteller hun.

For å vende tilbake til kokeplate-metaforen, ville dette vært det samme som at vannet i kjelen ville holdt seg lunkent lengre enn ventet. En annen måte å se det på, er at kjernen sender ut mer rødt lys enn blått lys, som har mer energi enn det røde.

Denne oppdagelsen er viktig, fordi den kan være med å gi vitenskapen tydeligere svar på et viktig spørsmål: hvordan de tunge grunnstoffene skapes inne i en supernova.

Det er nemlig i den varme og konsentrerte ”suppen” av materie i sentrum av supernovaeksplosjoner man tror at de tunge grunnstoffene i vårt solsystem har blitt skapt.

Larsens forskning kan gi supernovaforskere ny informasjon når de skal beregne dette.

Kan brukes til å bli kvitt radioaktivt avfall

Oppdagelsen har også en annen gledelig anvendelse:

- De egenskapene til kjernen som vi måler, kan brukes når man skal bli kvitt radioaktivt avfall, forteller Larsen.

- Man har gjort forsøk på å kvitte seg med radioaktivt materiale ved å dele atomkjernene slik at de omdannes til andre, stabile grunnstoffer.

Målingene som gjøres av kjernefysikkgruppen ved SAFE kan gi mer innsikt i forhold til dette arbeidet, og vekker derfor interesse blant annet hos amerikanske forskere.

Neste år skal Larsen samarbeide med amerikanske kjernefysikere fra Lawrence Livermore National Laboratory om eksperimenter med både thorium og uran.

-Moralen er at det kommer mye godt ut av grunnforskningen, avslutter den nybakte doktoren.