Теории о возможном существовании сверхтяжелых элементов появились еще в 1960-х годах. Их самые долгоживущие ядра могут дать начало так называемому «острову стабильности» далеко за пределами урана. Однако новое исследование, проведенное физиками-ядерщиками из Лундского университета, показывает, что манифест ядерной физики 50-летней давности теперь должен быть пересмотрен.
Самый тяжелый элемент в природе — это уран, ядро которого содержит 92 протона и 146 нейтронов. Ядра более тяжелых элементов становятся все более нестабильными из-за увеличения количества положительно заряженных протонов. Поэтому они распадаются все быстрее и быстрее, обычно в течение доли секунды.
Однако «волшебная» комбинация протонов и нейтронов может привести к элементам с быстро увеличивающимся временем жизни.
Именно такое «магическое» количество протонов давно предсказывалось для элемента флеровий, атомный номер которого 114 в периодической таблице. В конце 1960-х годов физиком из Лунда Свеном Нильссоном была представлена теория, согласно которой такой островок стабильности должен существовать вокруг тогда еще не открытого элемента 114.
«Это своего рода Святой Грааль в ядерной физике. Многие мечтают открыть что-то столь же экзотическое, как долгоживущий или даже стабильный сверхтяжелый элемент», — говорит Антон Сомарк-Рот из Лундского университета.
Вдохновленные теориями Нильссона, исследователи подробно изучили элемент флеровий и сделали революционные открытия. Эксперимент проводился международной исследовательской группой во главе с Дирком Рудольфом, профессором Лундского университета.
В рамках исследовательской программы FAIR Phase-0 на ускорителе частиц GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung в Дармштадте, Германия, до 61018 (6 000 000 000 000 000 000) атомных ядер кальция-48 были ускорены до 10% скорости света.
Они бомбардировали тонкую пленку редкого плутония-244, и с помощью атомного ядерного синтеза можно было создать флеровий, по одному атому за раз. Затем в 18-дневном эксперименте группа исследователей зарегистрировала радиоактивный распад нескольких десятков ядер флеровия с помощью устройства обнаружения, специально разработанного в Лунде.
Путем точного анализа фрагментов распада и периодов, в течение которых они были выпущены, команда смогла определить новые ответвления распада флеровия. Было показано, что это не может быть согласовано с ранее предсказанными «магическими» свойствами элемента.
Новые результаты, опубликованные в исследовательском журнале Physical Review Letters, будут весьма полезны науке.
Вместо того чтобы искать островок стабильности вокруг элемента 114, ученые смогут сосредоточиться на других, еще не открытых элементах.
«Это был сложный, но, конечно, очень успешный эксперимент. Теперь мы знаем, что можем перейти от элемента 114 и вместо этого взглянуть вокруг элемента 120, который еще не обнаружен. Теперь путешествие к острову стабильности займет много времени — это новый курс», — заключают исследователи.