Az izospin szimmetria alapvető fogalom a magfizikában. Bár ez szimmetria részben sérül (a Coulomb taszítás miatt), a legtöbb magfizikai rendszerre vonatkozóan közelitőleg érvényes, ez a tény pedig a kivételeket nagyon érdekesé teszi magszerkezeti szempontból. Általánosságban ugyanis tükörmagok (olyan atommag párok melyekben a nukleonok száma megegyezik, de proton és neutronszámaik felcserélődnek ) esetén az várható, hogy alapállapotaik spinjei és paritásai azonosak.

Kéziratunkban kísérleti bizonyítékokat mutatunk arra, hogy ez a feltételezés a 71Br (mely magban a protonok száma 35 és a neutronok száma 36) és 71Kr (mely magban a protonok száma 36 és a neutronok száma 35) tükörpár rendszerben megsérül. Mérésünket a Tokió mellett található RIKEN Nishina Gyorsítóközpontban végeztük az EURICA és WASABI detektorrendszerekkel. Következtetéseink a 71Kr mag rendkívül magas statisztikájú β bomlás mérésén és héjmodell számításokon alapulnak.

A mechanikai terhelésnek kitett felületek kopásállósága és kémiai korrózió-állósága felületkezelési eljárások segítségével nagymértékben javítható. Ezen módszerek egyike a széleskörűen alkalmazott boridálás, ahol a vasmintát magas bórkoncentrációjú szénporba ágyazzák és kemencében hőkezelik. A bóratomok termikus gerjesztés hatására diffúzió útján bejutnak az anyagba, ami bórkoncentráció-gradienst és vas esetében két különböző, FeB és Fe₂B borid fázisból álló réteget eredményez. A két fázis eltérő kristályszerkezettel és eltérő hőtágulási együtthatóval rendelkezik. Ez mechanikai instabilitáshoz és emiatt peelinghez, azaz felületi réteg leválásához vezet.

A kettős fázisszerkezet elkerülése érdekében a bórt ionimplantációval vittük be a mintáinkba, ami nem diffúziós alapú módszer. Közleményünkben a vas nagy dózisú bór-implantációjával kapcsolatos új eredményeinkről számolunk be. A bórionokat 6,9⋅10¹⁷ ion/cm² névleges fluenssel implantáltuk a polikristályos vaslemezek felületi rétegébe, 25 keV kinetikus energiával, szobahőmérsékleten. Az implantációt követően 1 órán keresztül 400 °C hőmérsékleten hőkezeltük. A minták felületi rétegét a kémiai összetevők és a kémiai állapotok mélységprofil-elemzésével jellemeztük a hőkezelés előtt és után. Megfigyeltük, hogy amikor az implantációs dózis elég nagy volt ahhoz, hogy amorf réteg jöjjön létre, a vas és bór atomok közötti kémiai kötések főként FeB típusúak voltak. Kísérletileg kimutattuk, hogy ezek a FeB kémiai kötések magas hőmérsékletű hőkezeléssel Fe₂B kötésekké alakulnak át. A minták kristályszerkezetét röntgendiffrakciós mérésekkel elemeztük, amelyek alátámasztják eredményeinket: a frissen beültetett minták csak FeB-t, a hőkezelt minták Fe₂B-t és FeB-t is tartalmaznak főként amorf szerkezetben.

Az üvegházhatású gázok nélkül nem lenne élet a Földön, hiszen ezek biztosítják bolygónk energiakiegyenlítő rendszerének működését, és fenntartják a Föld átlagos felszíni hőmérsékletét. Az ipari forradalom óta azonban folyamatosan növekednek az emberi eredetű, más néven antropogén kibocsátások, amik az egyik fő okozói a globális felmelegedésnek. A legmeghatározóbb üvegházhatású gáz a szén-dioxid (CO₂), ami emberi forrásból elsősorban a fosszilis tüzelőanyagok égetésével kerül a légkörbe. Ahhoz, hogy meghatározhassuk egy adott mintavételi pont éves fosszilis kibocsátását nagyon pontos szén-dioxid koncentráció, valamint szén izotóp azon belül is radiokarbon (¹⁴C) mérésekre van szükség. Mivel ezekhez az ATOMKI-ban minden technológiai feltétel adott, izgalmas lehetőséget jelentett számunkra a COVID–19 járvány idején bevezetett lezárások hatásainak vizsgálata. A kutatáshoz Európa egyik legrégebbi múltra visszatekintő, ma már az ICOS (Integrated Carbon Observation System) hálózat részeként működő hegyhátsáli mérőállomás 2014 és 2020 közötti légköri CO₂- és ¹⁴C-méréseit vettük alapul. A hagyományos légköri méréseket passzív, faévgyűrű-alapú vizsgálatokkal egészítettük ki három mintavételi helyszínen: a háttérként szolgáló Hegyhátsálon, valamint fővárosban és Debrecenben. A faévgyűrű alapú radiokarbon mérések alkalmazásával megbecsülhető, hogy egy adott helyszínen az adott év során mekkora volt a légköri fosszilis szén-dioxid terhelés.

Az eredmények alapján bebizonyosodott, hogy hegyhátsáli háttérállomáson a CO₂ koncentrációk folyamatos, a globálisan is megfigyelt növekedést mutattak (kb. 15 ppm hat év alatt). A vegetációs időszakban alacsonyabb, a fűtési időszakban magasabb koncentrációkat mértünk és a járvány ideje alatt nem volt kimutatható jelentős változás sem a CO₂ koncentráció sem a ¹⁴C eredményekben az előző időszakhoz képest. A faévgyűrűkön végzett ¹⁴C vizsgálatok is megerősítették ezeket a megfigyeléseket, mivel a debreceni minták a háttérállomáshoz hasonló értékeket mutattak, vagyis csekély fosszilis szénterhelés volt jelen. Budapesten viszont egy különösen forgalmas belvárosi ponton a Déli-pályaudvar közelében jelentős többletet figyeltünk meg. Ez a kutatás bebizonyította, hogy habár a COVID–19 korlátozások idején bizonyos emberi tevékenységek csökkentek, ezeknek a hatása nem volt elegendő ahhoz, hogy jelentősen megváltozzon a szén-dioxid antropogén kibocsátás az országos több pontján. Ugyanakkor izgalmas eredmény, hogy a vizsgálat rávilágított: a módszer alkalmas a helyi különbségek detektálására, és jól használható a fosszilis szénterhelés térbeli változatosságának feltérképezésére így jó alapot szolgálhat városi környezetek légköri terhelésének pontosabb vizsgálatánál.

A cikk bemutatja, hogyan lehet nanoarany részecskéket inert szilika aerogél struktúrába beágyazni annak érdekében, hogy katalitikus aktivitásukat megőrizzük és visszanyerjük. A nanoarany kiváló katalizátor ugyan, de hátránya, hogy nehezen visszanyerhető és környezeti terhelést okozhat. A szilika aerogél, amely inert, nagy aktív felülettel rendelkezik és teljesen átjárható, ideális közeg a nanoarany immobilizálására.

A közvetlen beágyazás során azonban a nanorészecskék aggregációja problémát okoz, ami csökkenti a katalitikus aktivitást. A szerzők két megoldást javasolnak: egy bonyolultabb védőpolimeres eljárás alkalmazását, vagy egy egyszerűbb, termikus kezelést. Kutatásaik szerint a megfelelő hőkezelés segítségével a nanoarany részecskék újra diszintegrálhatók, és katalitikus aktivitásuk visszanyerhető.

A tanulmány emellett összefüggést tárt fel a felületi aranyrétegek és a beágyazott nanoarany részecskék termikus viselkedése között, ami gyakorlati haszonnal jár a környezeti terhelés csökkentése és a költségek optimalizálása szempontjából.

Ezzel az eljárással nemcsak a nanoarany részecskék hatékonyságát lehet növelni, de hozzájárulunk egy környezetbarát és gazdaságos technológia kifejlesztésének alapjaihoz is.

Jól ismert jelenség, hogy az atommagok nagyenergiás állapotainak legerjesztődésekor elektron-pozitron párok is keletkezhetnek, amik egymáshoz képest mért szögének az eloszlása (szögkorrelációja) elméletileg pontosan leírható. 2016-ban az ATOMKI-ban a 8Be atommag 18.15 MeV-es átmenete során a fenti leírástól szignifikánsan eltérő szögkorrelációt mértünk, amit egy új, ~17 MeV/c² tömegű, az irodalomban X17-nek elnevezett részecske keletkezésével és elektron-pozitron párra történő bomlásával magyaráztunk. Hasonló eltéréseket figyeltünk meg később a ⁴He és a ¹²C átmeneteiben is, amiket ugyanazzal az X17 részecskével meg tudtunk magyarázni.

A most publikált munkánkban a ⁸Be atommag óriás dipólus rezonanciájának (GDR) a bomlásakor keletkező elektron-pozitron párok szögkorrelációját mértük, és ott is sikerült kimutatnunk az X17 részecske megjelenését. Mivel ez a rezonancia az atommagok általános tulajdonsága, és minden elérhető atommagban megfigyelték már, nem valószínű, hogy az általunk megfigyelt eltéréseket (anomáliákat) valamiféle magfizikai effektus okozza.

Az X17 részecske lehetséges kapcsolata a sötét anyaggal különösen nagy érdeklődést váltott ki a világ atommag- és részecskefizikusai körében. Az elmúlt években több száz elméleti fizikus próbálta meg értelmezni az X17 részecskét. A kísérleti fizikusok pedig új kísérleteket terveznek a részecske független kimutatására.

A jelen munkában egy rövid összefoglalót adtunk az eredményeinket megerősítő kísérletekről, és azokról is, amik, várhatóan a közeljövőben alátámasztják, vagy megcáfolják az X17 részecske létezését.

Tradicionálisan több módszer létezik a radiokarbon (C-14) izotóp mennyiségi meghatározására, vagy a szén izotóparányok vizsgálatára. Ezen módszerek a HUN-REN Atommagkutat Intézetben is mind rendelkezésre állnak, ahol lehetőség van gázproporcionális számlálót, folyadékszcintillációs számlálót, vagy akár gyorsítós tömegspektrométert (AMS) alkalmazni a minták radiokarbon tartalmának vizsgálatára. Napjainkban viszont egy új technika jelent meg, amely lézerspektroszkópiai megközelítést alkalmaz a minták C-14 tartalmának vizsgálatára. Ez a módszer már több esetben bizonyította alkalmasságát radiokarbonban dúsult minták, mint például atomerőművek reaktorából származó anyagok pontos C-14 tartalmának meghatározására. Idő közben az alkalmazások területe szélesedik, a módszer a természetes szintű izotóparányok vizsgálatára is alkalmassá vált, habár a mérés pontossága még nem éri el a tömegspektrometria szintjét, de már alkalmazható ipari eredetű minták, mint például üzemanyagok pontos C-14 tartalmának meghatározására. Így, mivel a radiokarbon módszerrel képesek lehetünk a fosszilis és modern biológiai forrásból származó anyagok pontos elkülönítésére, a minták biokomponens tartalmának meghatározására is alkalmazható a módszer.

A tanulmányban az iparban és kereskedelmi forgalomban előforduló biokomponens arányokból válogatott műanyagminták összehasonlító analitikai elemzését végeztük el, az iparban potenciálisan előforduló teljes skála lefedésével. A méréseket a HUN-REN Atommagkutató Intézetben és az olaszországi CNR-National Optical Institute laboratóriumaiban hajtottuk végre.

Az összehasonlítás alapjául a nemzetközi szabványokban alkalmazott, elfogadott AMS módszer vettük. Az elvégzett vizsgálat jól mutatta, hogy az AMS és a lézerspektoszkópiai eljárás között nem figyelhető meg szisztematikus eltérés, a lézeres módszer képes volt a ¹⁴C/¹²C izotóparány meghatározására kisebb, mint 1 % pontossággal, ami jól szemlélteti, hogy a módszer nem csak ipari, de akár tudományos színvonalú kutatások, vizsgálatok lefolytatására is érett. Ugyan a mérés bizonytalansága kisebb biokomponens-tartalomnál (<10%) nagyobbnak bizonyult, mint az AMS módszeré, még mindig eléri a nemzetközi szabványok elvárt bizonytalanságát. A módszer elterjedése segítheti a zöld átállást, és az ipari hamisítások korai felismerését, az olcsóbb, de pontos radiokarbonmérések elérhetőségét. Az ilyen jellegű összehasonlító vizsgálatok segítik az új módszerek elterjedését, elismertségét.