Гуливер на „острву стабилности”

Трагајући за најтежим хемијским елементом, на основу којег ће успоставити временски след кључних збивања од постанка космоса до сада, руски физичари су ових дана накратко опазили претпоследњи по тежини – са атомским бројем 117. Месецима су бесомучно бомбардовали „срце таме” атома берклијума!

Графички приказ настанка елемента 117

Руски физичари су, најзад, попунили још једно, претпоследње место у Мендељејевљевој таблици хемијских елемената. Осам година после вештачког стварања, за сада најтежег и последњег (118), појавио се нешто лакши претходник са атомским бројем 117 (толико има протона и исто толико електрона у језгру). Ни један, ни други не постоје више у природи.

Како су то постигли?

Месецима су бесомучно гађали сноповима калцијумових јона својеврсну мету сачињену од још једног тешког елемента (актинида) – берклијума (са атомским бројем 97). Да ли је то наговештај да су стигли надомак „острва стабилности”, групе супертешких елемената, који су – за разлику од истоимене сабраће – веома постојани.

Магични број

Познато је да се у природи налазе 92 хемијска елемента који су претрајали све до наших дана још Земљиног постанка пре 4,5 милијарди година. Сви после уранијума на 92. месту имају краћи полуживот (време за које се распадне половина његових атома). Једино се накратко појављују у сударима честима у моћним акцелераторима: што су тежи, краће трају.

Шездесетих година научници су открили да известан збир протона и неутрона, назван „магични број”, одговара изузетној постојаности језгра које заједно творе обе субатомске честице. И то се назива „острвом стабилности”. Уколико буду тамо пронађени, одликоваће се веома необичним својствима.

Обједињени институт за нуклеарна истраживања у Дубни покрај Москве предњачи у овом трагању, захваљујући академику Јурију Оганесјану, најуспешнијем ловцу на супертешке елементе минулих година (уловили су 113, 114, 115, 116 и 118). Најновију успешну потеру извели су са америчким истраживачима из Националне лабораторије у Оук Риџу. Шта су то урадили?

Пет месеци без престанка испаљивали су својеврсну сачму од калцијума у мету од берклијума и, на крају, издвојили само шест атома – незнатну мрвицу материје – до тада непостојећег супертешког елемента 117 који је потрајао краће од неколико стотинки секунде. Наденули су му име ununseptium, што је латински назив за број 117, и оставили у „хемијској крстионици” да га званично крсте. Пре месец дана један супертешки или трансуранијумски (после уранијума) елемент добио га је тек после 14 година чекања. Дотични новајлија са атомским бројем 112 одскора се зове коперникум (време полураспада 29 секунди) – у славу чувеног астронома Николаја Коперника (1473-1543), творца хелиоцентричне теорије (планете се окрећу око Сунца, а не око Земље). Последњи именовани члан у таблици својом тежином, чак, 277 пута надмашује водоник који има један протон!

Назив је предложио тим истраживача који га је открио, а званично подржало Међународно удружење хемичара (IUPAC) и одредило му хемијски симбол – Cn, иако је био предложен – Cp. (Није прихваћен јер је то кратица која означава специфичну топлоту материјала).

Упустивши се у мукотрпно и скупоцено трагање за најтежим хемијским елементима, физичари настоје да изнова створе материју која је постојала накратко после настанка космоса и да одгонетну тајанствене силе у „срцу таме” атома, чији је пречник износи десетомилионити делић милиметра! (Морали бисте да их поређате десет милиона, да би се видели као тачка на овој страници).

Оживљава ли пред нашим очима одавно заборављени сан алхемичара?

Патка и кромпир

И бројни други хемијски елементи прозвани су у част прослављених научника и изумитеља: ајнштајнијум (Алберт Ајнштајн), мендељевијум (Дмитриј Иванович Мендељејев), нобелијум (Алфред Нобел), фермијум (Енрико Ферми), киријум (Марија Кири), радерфордијум (Ернест Радерфорд), сиборгијум (Глен Сиборг), боријум (Нилс Бор), мајтнеријум (Лиза Мајтнер), рентгенијум (Вилхелм Конрад Рентген).

Збир протона одређује редослед, а електрона који се око њега врте врсту атома: сваки се, углавном, дичи подједнаким бројем протона (и истим неутрона) у језгру, веома се ретко наиђе на одступање. А у средишту будућег „гуливера” који се, вероватно, скрива на „острву стабилности”, морало би да буде 120 протона (и исто толико неутрона).

Хемијских елемената тежих од уранијума-92 поодавно нема у природи, ишчезли су малтене истог трена после зачетка нашег космоса пре 13,7 милијарди година. Повремено их истраживачи, савремени алхемичари, створе у моћним убрзивачима честица (акцелератори), и очас нестану јер су веома непостојани (последњих шест безимених од пола до милионитог делића секунде).

У чувеној „хемијској азбуци” Дмитрија Ивановича Мендељејева уписани су сви који потичу из звезда, а настали су веома давно у процесу уобличавања језгара или нуклеосинтези. (Поменимо успут: зна се да славни хемичар укрстио мач с Лавом Николајевичем Толстојем, а нагађа да је истовремено живео с две жене).

Према важећој космолошкој теорији, сто секунди након „Великог праска” (Big Bang), непојамно разорне експлозије такорећи ни из чега, отпочела је прва нуклеосинтеза: најпре су обликована лака, затим тежа језгра и, на крају, атоми појединих елемената. Потоњи су скувани, према речима америчког физичара руског порекла Георгија Гамова, за краће време него што је потребно да се испече патка с пекарским кромпиром!

Праисконска синтеза личила је на несвакидашње космичко утркивање: стартни пиштољ је опалио секунду након постања, чим је температура довољно опала да језгра могу да опстану. Окончала се три минута доцније, што је краће од времена којим врхунски тркач претрчи 1.500 метара на олимпијским играма, када се космос бесомучно се ширећи исувише охладио да би се наставила нуклеарна фузија.

Да се нуклеосинтеза којим случајем неограничено продужила, сви протони и неутрони сјединили би се у гвожђе. А то значи да би имало од чега да настане живи свет, па и човек!

Сви елементи с редним бројем већим од 100 створени су у веома сложеним и захтевним огледима, после спајања (фузија) изабраног тешког језгра као метка и одабраног тешког језгра као мете. Као у својеврсној стрељани, првима гађају (и погађају) друге.

Вероватноћа погађања је поприлично мала, а време постојања изузетно кратко. Да би се образовало и приметило само једно језгро, мета се неколико седмица засипа с милијарду милијарди танади!

Уколико су којим случајем опстали на Земљи, постојани супертешки изотопи би морали да имају више од 170 неутрона колико су преклане обелоданили израелски научници. Потраге се организују већ неколико деценија, најчешће у Русији, Немачкој и САД. Досадашње искуство сведочи да су се експериментални резултати већином кретали у границама теоријских предвиђања.

Када физичари буду разумели процесе у којима су настајала тешка и супертешка језгра, биће у прилици да реконструишу како је постао космос: успоставиће временски след кључних збивања од „Великог праска” до наших дана. Зар то није вредно огромног труда?

Izvor: Politika