Сверхтяжелые элементы: путешествие к мифическому острову стабильности
Еще в 1960-х годах появились теории о возможном существовании сверхтяжелых элементов. Их самые долгоживущие ядра могли дать начало так называемому «острову стабильности» далеко за пределами элемента урана. Однако новое исследование, проведенное физиками-ядерщиками Лундского университета, показывает, что манифест ядерной физики 50-летней давности теперь необходимо пересмотреть.
Самый тяжелый элемент в природе — уран, ядро которого содержит 92 протона и 146 нейтронов. Ядра более тяжелых элементов становятся все более и более нестабильными из-за увеличения числа 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» число протонов давно предсказано для элемента флеровия, имеющего атомный номер 114 в таблице Менделеева. В конце 1960-х годов лундский физик Свен-Гёста Нильссон, среди прочих, выдвинул теорию о том, что такой остров стабильности должен существовать вокруг тогда ещё не открытого элемента 114.
«Это что-то вроде Святого Грааля в ядерной физике. Многие мечтают открыть что-то столь же экзотическое, как долгоживущий или даже стабильный сверхтяжелый элемент», — говорит Антон Сомарк-Рот, докторант кафедры ядерной физики Лундского университета.
Вдохновленные теориями Нильссона, исследователи подробно изучили элемент флеровий и сделали новаторские открытия. Эксперимент проводила международная исследовательская группа под руководством Дирка Рудольфа, профессора Лундского университета.
В рамках исследовательской программы FAIR Phase-0 на ускорителе частиц GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung в Дармштадте, Германия, до 6×1018 (6 000 000 000 000 000 000) атомных ядер кальция-48 были ускорены до 10 процентов скорости света.
Они бомбардировали тонкую пленку редкого плутония-244, и в результате этого процесса можно было создать флеровий, по одному атому за раз. В ходе 18-дневного эксперимента исследовательская группа зарегистрировала радиоактивный распад нескольких десятков ядер флеровия с помощью специально разработанного в Лунде детекторного устройства.
Благодаря точному анализу фрагментов распада и периодов, в течение которых они были выпущены, команда ученых смогла идентифицировать новые ветви распада флеровия. Было показано, что они не могут быть согласованы с ранее предсказанными «магическими» свойствами элемента.
«Мы были очень довольны тем, что все технологии, связанные с нашей экспериментальной установкой, работали должным образом, когда эксперимент начался. Прежде всего, было очень интересно наблюдать за распадом нескольких ядер флеровия из диспетчерской в режиме реального времени», — говорят ученые.
Новые результаты будут весьма полезны науке. Вместо того, чтобы искать остров стабильности вокруг элемента 114, физики могут сосредоточиться на других, еще не открытых элементах.
«Это был сложный, но, безусловно, очень успешный эксперимент. Теперь мы знаем, что можем перейти от элемента 114 к элементу 120, который еще не обнаружен. Теперь путешествие к острову стабильности пойдет по новому пути», — заключает Антон Сомарк-Рот.