Регистрация Вход
Город
Город
Город

Шесть атомов как залог стабильности

В Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне синтезировали унунсептий, сто семнадцатый химический элемент. Изотоп, который получился у ученых, — самый тяжелый атом из известных: в нем сто семнадцать протонов и целых сто семьдесят семь нейтронов. Что любопытно, атом-рекордсмен имеет предпоследний номер. Казалось бы, тяжелые элементы должны открывать по очереди — сначала сотый, потом сто первый и т. д. Чем больше заряд ядра (а также — номер в таблице и, что то же самое, число протонов в ядре), тем сложнее такое ядро сконструировать. Однако все не так просто. Сто восемнадцатый элемент, который бедней нейтронами и потому чуть легче, открыли раньше сто семнадцатого. Дыра между сто шестнадцатым и сто восемнадцатым мозолила глаз ядерщикам целых восемь лет, и вот ее наконец залатали. Теперь таблица Менделеева выглядит как никогда аккуратно — в ней ровно семь полных рядов, без единой пустой клетки. Школьные учителя с тягой к прекрасному должны порадоваться.
 

Физики из дубнинского ОИЯИ пришли на первую пресс-конференцию с пустыми руками — ни колбы, где плескалась бы загадочная жидкость, ни бруска невиданного металла. Потому что в эксперименте получилось всего шесть атомов, которые к тому же распались за доли секунды (в разговоре с журналистами академик Оганесян, научный руководитель ОИЯИ, не сдержался и воскликнул: «Но ведь когда-нибудь будет не шесть атомов, а шестьдесят!»). Даже слово «синтезировали» стоит понимать по-особому — новый элемент образовался во время бомбардировки ядрами кальция-48 мишени из элемента берклия.
 

Мишень — главный герой процесса, благодаря которому вся история начинает напоминать плохой детектив. Тут и радиоактивная капсула в пассажирском «Боинге», и звонки политиков силовикам, и борьба демократов с республиканцами. Двадцать два миллиграмма берклия, из которых мишень сделана, почти год готовили в Национальной лаборатории Оак-Риджа — поэтому ее сотрудники по праву числятся соавторами работы. По словам Оганесяна, в Оак-Ридже жаловались на застой в сотрудничестве, вызванный бушевскими антитеррористическими мерами, и после прихода Обамы согласились помочь бескорыстно — в обмен, разумеется, на соавторство. Надо думать, результат того стоил. В Россию берклий везли пассажирским самолетом (физики признаются, что, даже когда все бумаги были подписаны, отдельной проблемой было уговорить пилота — тот, надо полагать, по пути не раз вспомнил историю с Литвиненко и полонием). Прежде чем с мишенью столкнулись первые ядра, сама мишень столкнулась с российской таможней — и чуть было не отправилась обратно. Период полураспада у берклия-249 — 330 дней, и общение с чиновниками угрожало съесть заметную долю этого срока. Помогло только вмешательство политиков, имена которых физики назвать не решились.
 

Законный вопрос — ради чего столько усилий? Даже название «унунсептий» — временное: если переводить с латыни, выйдет 1-1-7 — принцип ясен, так первое время называют все свежеоткрытые элементы. Еще лет десять IUPAC, Международный союз чистой и прикладной химии, будет сверять бумаги и уточнять приоритеты, а потом элементу дадут настоящее имя. Пока «сто семнадцатый элемент» звучит как «сто семнадцатый километр» — вроде как очередной безымянный полустанок на пути ядерной физики. Безымянность сильно портит атомам биографию: со стороны кажется, что с шестидесятых физики производят много шума из ничего — считанные атомы радиоактивных элементов, не существующих на Земле, с ничтожным временем жизни. Такое не насыплешь в пробирку и не заложишь в бомбу.
 

Академика Юрия Оганесяна каждый раз спрашивают — если искусственных атомов все равно мало, какой в них толк? Чем, похоже, сильно выводят из себя. Логика академика проста. Во-первых, эти атомы ничем не хуже естественных и в газово-пылевом облаке, из которого возникла Земля, присутствовали наравне с прочими. Просто со сверхтяжелыми элементами — как с динозаврами. Их подвел срок жизни: в природе мы наблюдаем только те девяносто два элемента (от водорода до урана), которые за четыре с половиной миллиарда лет существования планеты не успели распасться. Однако шансы выкопать новые элементы из-под земли все равно есть. По расчетам, где-то в районе сто двадцатого элемента находится «остров стабильности» — неизвестные нам элементы, способные жить гораздо дольше, чем унунсептий и его соседи по таблице. Не исключено, что эти долгожители прячутся где-то в толще земной коры — поэтому специальные детекторы под Альпами дежурят в ожидании первых признаков их распада.

Синтез нестабильного сто семнадцатого элемента — тоже попытка подобраться к «острову стабильности». Такие элементы, находясь в таблице неподалеку от «острова», подсказывают, что именно на этом острове искать и каких свойств ждать от следующих клеток таблицы. На унунсептии и его родственниках обкатывают универсальные модели атомного ядра — от «капельной», в которой протоны и нейтроны сравнивают с молекулами жидкости, до «оболочечных», где ядро уподобляют многослойной луковице, только квантовой. Как объяснил мне вице-директор ОИЯИ Михаил Иткис, такие модели — что вовсе неожиданно — не хуже, чем ядра, должны описывать нейтронные звезды, сверхплотные остатки от взрыва сверхновых. Каждая такая звезда — это, по сути, одно гигантское атомное ядро с большим избытком нейтронов. Вроде ядра сто семнадцатого элемента, раздутого до неузнаваемости.
 

Будем считать, что это наш ответ Большому адронному коллайдеру. Там — микроскопические черные дыры, тут — микроскопические нейтронные звезды. Звучит, по крайней мере, чуть убедительней, чем сто семнадцатый элемент.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Да, это важно изучать ядра и создавать новые, это ведет к лучшему пониманию ядерных взаимодействий при низких энергиях, а также продвигает статистическую теорию: 300 нуклонов уже может быть достаточно для статистики, а 10 или 50 маловато. В целом, это достаточно частный успех и об этом же говорит наличие всего лишь 3 ускорителей в мире, да и те под угрозой закрытия. Простите, но я не очень сильно восхищен научными успехами Дубненских ядерщиков. Скорее, это подвиг выживания в условиях отсутствия финансирования. Вот если бы они синтезировали новый СТАБИЛЬНЫЙ изотоп, это было бы интересно!
 

К вопросу об острове стабильности. Существуют, т.н. магические числа нуклонов. Ядра имеющие магические числа протонов или нейтронов заметно стабильнее, чем соседние. А те, что имеют магические числа протонов и нейтронов одновременно являются самыми стабильными. Дорожка стабильности на карте изотопов идет вдоль таких ядер. Магии тут никакой нет, просто определенные нуклонные оболочки заполняются и такое ядро имеет бОльшую (О-ударное) энергию связи чем соседние ядра, отсюда и стабильность. Грубо говоря, чтобы ядро распалось, это должно быть энергетически выгодно, т.е. дочерние ядра должны быть "плотнее" связаны, чем родительское. Пример заполнения оболочек легко увидеть в периодической системе Менделеева. Например гелий с двумя электронами (заполненная оболочка) химически очень нейтрален, а соседние водород и литий, наоборот очень активны. Все инертные газы имеют заполненные оболочки, а прибавь один электрон (и протон) и вот вам уже активные элементы типа натрия, калия и т.д.
 

Так вот, разные ядерные модели предказывают немного различное значение для следующих магических чисел, но все они в районе 120 для протонов и 170 для нейтронов. Т.о. ядра с общим числом нуклонов около 300 должны быть намного стабильнее, чем соседние. Намного - по ядерным меркам. Если соседние ядра живут микро- и наносекунды (возможно даже фемтосекунды), то миллисекунды или секунды - это уже стабильные ядра по ядерным меркам.

Существование острова стабильности может быть важно в понимании синтеза элементов при взрыве сверхновых. Там даже время жизни в миллисекунды может оказаться достаточным. Если время жизни таких ядер миллиард(ы) лет, то они могли играть важную роль в формировании солнечной системы и планет.
 

В пределе, когда число нуклонов стремится к бесконечности, мы получаем нейтронную звезду - макроскопическое тело с ядерной плотностью.
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Смотрите: когда на Большом адронном коллайдере откроют бозон Хиггса, перепроверять открытие будет просто негде - нет такого второго прибора, эксперимент слишком масштабный.

Со 117-м похожая история: синхрофазотроны для тяжелых ядер имеют еще три лаборатории в мире (в Дармштадте, Лос-Аламосе и еще некий японский институт, не вспомню названия). В Дубне эксперимент длился полгода и стоил десятки миллионов. Ради открытия - не жалко. Спрашивается, кому будет не лень перебрасывать всех своих сотрудников на полугодовую проверку чужих результатов?
 

Физики с химиками давно жалуются, что идея независимой экспертизы, которую требует IUPAC - пережиток старой науки, где приборов и лабораторий было много, а открытий мало. В Дубне предлагают другую процедуру: у химиков есть свой метод убедиться, что два-три атома обладают всеми нужными свойствами, а у физиков - свой. Значит, эти методы независимо друг от друга подтверждают открытие.
 

Воспроизводимость в чистом виде - полезная догма, кто бы спорил. Но от нее (не без сожаления) надо будет со временем отказываться.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 



Источник: http://www.snob.ru/selected/entry/16498

Поделитесь с друзьями:

Смотрите также:

наука Наука открытие физика

 

Комментарии:

интересно, +1
однако, пока существуют петрики, от требования воспроизводимости отказываться нельзя...
пример - холодный ядерный синтез...

Ответить

shrrr

Вот тут с Вами полностью согласен.

Ответить

George

петриги вечны, неистребимы и непокобелимы...

Ответить

gRIP

что очень печалит...

Ответить

Собственно, за примером необходимости подтверждения и ходить далеко не надо - дубненские физики сами эти примеры поставляют.
Помните, в советские времена 104-й элемент называли курчатовием? А ныне - резерфордием. Потому как заявленные в 1964 году в Дубне результаты синтеза 104-го элемента никто не смог подтвердить (в отличие от результатов в Лос-Аламосе в 1969г), но до 1997 года советские физики клялись, что таки получили его, только проклятые буржуи устроили заговор.
Кстати, то же было и еще с парой изотопов - дубненские результаты получались первыми, но не подтверждались.
Как бы и в этот раз получение 117-го не оказалось под вопросом.

Ответить

WolAnd

Самым интересным будет открытие 121 элемента Периодической системы: это будет первый g-элемент, и какими он свойствами будет обладать - никто не знает. Единственная проблема - получить его хотя бы в микрограммовом количестве, скорее всего, не получится, и потому исследовать химические своства не удастся. А жаль, мне бы, как химику, очень хотелось с ним поработать в лаборатории :)

Ответить

 
Автор статьи запретил комментирование незарегистрированными пользователями. Пожалуйста, зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте, чтобы иметь возможность комментировать.