Свежеоткрытые супертяжеловесы, счастливые номера и уникальный сверхизотоп
Скандалов с открытием трансурановых элементов больше не будет
В российской лаборатории были получены ядра двух новых сверхтяжелых трансурановых химических элементов. Каждое из них содержит гораздо большее число протонов и нейтронов, чем ядра любых элементов, встречающихся в естественных условиях на Земле. Это открытие дарит новую надежду исследователям, собирающимся заполнить некоторые очевидные "лакуны" в периодической таблице Менделеева, в которой теперь находят "острова стабильности" - необычайно устойчивые ядра среди сверхмассивных элементов, с которыми связаны новые необычные химические свойства и атомные формы.
Атомы двух новых элементов насчитывают, соответственно, 113 и 115 протонов. Исследования проводились в российской Дубне на ускорителе тяжелых ионов ОИЯИ (Объединенного института ядерных исследований) совместно с группой из американской Ливерморской национальной лаборатории (Lawrence Livermore National Laboratory, Калифорния) с 14 июля по 10 августа 2003 года, однако теперь, наконец, появилась посвященная этому открытию публикация в авторитетном международном журнале Physical Review и многочисленные сообщения на эту тему прошли по западным СМИ. Прежде чем элементы можно будет официально добавить к периодической таблице, полученные результаты должны будут изучить другие лаборатории, а пока для "новичков" приняты временные наименования, указывающие всего-навсего на их атомные числа: Ununtrium (113, "унунтриум", т.е. "единица-единица-тройка") и Ununpentium (115, "унунпентиум", "единица-единица-пятерка").
Открытие в 1940-1941 годах первых искусственных элементов - нептуния и плутония - положило начало новому направлению ядерной физики и химии - исследованию свойств трансурановых элементов для их последующего применения во многих областях науки и техники. С тех пор вопрос о существовании верхней границы таблицы элементов Менделеева представляет очень большой интерес для фундаментальной науки о строении материи и ее превращениях. Подобные исследования проводятся во многих крупных научных центрах Германии, США, Японии, Франции и России. Самый тяжелый из естественных элементов - уран - содержит 92 протона, в то время как самый тяжелый из синтезированных элементов, официально признанных Международным союзом теоретической и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry), - это открытый в Германии дармштадтий (Darmstadtium) с 110 протонами, впервые полученный в ноябре 1994 года во время бомбардировки свинцовой мишени ионами никеля и названный в знак признания заслуг первооткрывателей из Дармштадта. В настоящее время кроме дубнинских "новичков" ожидают своего подтверждения элементы с 111, 112, 114 и 116 протонами, также не получившие еще своего официального наименования. Полное независимое подтверждение может прийти спустя многие месяцы или даже годы... В профессионализме ученых из Дубны никто не сомневается, но научный мир теперь предпочитает "дуть на воду" после того, как в 2001 году было опротестовано объявленное с большой помпой открытие элемента номер 118: выяснилось, что ученый, якобы совершивший его, банально подделывал данные. Этим было нанесено чрезвычайное оскорбление всему научному сообществу.
Подобные сверхтяжелые ядра, переполненные положительно заряженными протонами и незаряженными нейтронами, имеют обыкновение быть чрезвычайно нестабильными. Это происходит потому, что протоны как одноименно заряженные частицы просто отталкиваются одна от другой, причем силы этого отталкивания пропорциональны квадрату от их общего количества (и ядерных сил, "цементирующих" нуклоны в ядре, уже недостаточно). С увеличением атомного номера элемента его время жизни резко уменьшается. Если время распада урана составляет около 1 миллиарда лет, то 112-й элемент распадается за 0,02 миллисекунды. Требуются 90 мс для того, чтобы Ununpentium распался до Ununtrium, который, собственно, смог прожить 1,2 секунд и был зарегистрирован.
Закономерность, таким образом, довольно простая и естественная, однако в середине 60-х годов прошлого века теоретиками была выдвинута гипотеза о возможном существовании очень тяжелых долгоживущих атомных ядер, принадлежащих к так называемым "островам стабильности", то есть даже среди этих "супертяжеловесов" могут существовать устойчивые "счастливцы", если они содержат "магическое" число протонов и нейтронов. Эта гипотеза впервые получила экспериментальное подтверждение в исследованиях, проводимых группой академика Юрия Оганесяна в Лаборатории ядерных реакций имени Флерова. Были синтезированы 114-й и 116-й элементы и показано, что они живут в десятки и сотни тысяч раз дольше, чем их более легкие предшественники. Наличие таких "магических" чисел обусловлено тем, что структуры, выстраивающие атомное ядро, оказываются полностью заполненными - нейтроны способны образовывать конфигурацию, которая минимизирует контакт между протонами. Следующий устойчивый сверхтяжелый элемент, вероятно, заполнит очередную "щель" в периодической таблице в районе атомных чисел 120 или 126.
Для синтеза 115-го элемента мишень, изготовленная из 95-го элемента - америция (243Am), бомбардировалась ионами редкого изотопа 20-го элемента - кальция-48 (48Ca), - ускоренного до 0,1 скорости света. После выделения атомов 115-го элемента из побочных продуктов реакции производилось их изучение. Три раза детектор регистрировал одинаковую картину распада 115-го элемента: 5 последовательных альфа-распадов продолжительностью около 20 секунд (огромное время по ядерным масштабам), которые приводили к появлению изотопа 105-го элемента, то есть дубния (Dubnium), также открытого в Дубне. И этот изотоп "жил" более 20 часов, прежде чем распасться на две части. Столь продолжительная во времени цепочка распада изотопа дубния является прямым следствием наличия "островов стабильности" среди сверхтяжелых элементов.
Кстати говоря, открытие долгоживущих изотопов дубния само по себе дает уникальные возможности для исследования его химических свойств. В настоящее время идет подготовка соответствующих опытов.
Существует, впрочем, некая специфическая проблема, связанная с техникой, используемой в этих экспериментах российских ядерщиков. Так как цель в виде америция сама по себе радиоактивна, то она всегда будет содержать следы других продуктов распада, которые также могут вмешиваться в ход реакции, отмечает физик Пэдди Реган (Paddy Regan) из Университета Суррея. Это можно исправить, если использовать в качестве цели пучок радиоактивных атомов америция, а не статичную цель, как раньше. Строительство такого изотопного ускорителя намечает американское Министерство энергетики.
Источники:
Two new superheavy elements weigh in - New Scientist
Modern alchemists make two new elements - Nature
Дубна: Синтезированы два новых элемента - FlerovLab - Information
Обсудить
Дословно
Пэдди Реган
(по поводу возможного открытия новых трансурановых элементов)
Мы и так получили яйцом по морде после злосчастного 118-го, не хватало теперь огрести на полный омлет!
Статьи по теме
Свежеоткрытые супертяжеловесы, счастливые номера и уникальный сверхизотоп
В российской лаборатории были получены ядра двух новых сверхтяжелых химических элементов. Каждое из них содержит гораздо большее число протонов и нейтронов, чем ядра любых элементов, встречающихся в естественных условиях на Земле. Это открытие дарит новую надежду исследователям, собирающимся заполнить некоторые очевидные "лакуны" в периодической таблице, в которой теперь находят "острова стабильности" - необычайно устойчивые ядра среди сверхмассивных элементов, с которыми связаны новые необычные химические свойства и атомные формы.
Итальянские физики объявили о рекордном производстве гиперядер
Гиперядра - это ядерноподобные системы, в которых один или несколько нуклонов замещены гиперонами. Приблизительно 100 тысяч гиперядер были получены в ходе эксперимента, названного FINUDA. Существует мнение, что в ходе Большого взрыва в огромном количестве рождались странные кварки. Если удастся продемонстрировать, что объекты, подобные hydrogen-7-lambda, достаточно устойчивы, то это позволит ответить на многие вопросы, касающиеся странного ядерного вещества в ранней Вселенной.
Впервые удалось получить "стадо" из частиц-индивидуалистов
Американские ученые сообщили о том, что им впервые удалось наблюдать образование так называемого "фермионного конденсата", составленного из пар атомов в охлажденном газе. В течение ряда лет существовало мнение о родственности явлений сверхпроводимости (с которой связаны фермионы) и бозе-конденсации. Теперь это может помочь в создании сверхпроводящих материалов, имеющих самое широкое практическое применение.
В лаборатории получено принципиально новое - "супертвердое" - состояние вещества
Физики из Пенсильванского университета получили принципиально новое - "супертвердое" - состояние вещества путем охлаждения гелия-4 до ультрахолодных температур. Супертвердое тело ведет себя подобно сверхтекучей жидкости (которая течет без сопротивления), но имеет все характеристики кристаллических веществ. Это означает, что теперь можно наблюдать конденсацию Бозе-Эйнштейна не только в газах и жидкостях, но и в твердых телах.
Самые выдающиеся открытия 2003 года: темная энергия, пентакварки, бозе-конденсаты, квантовые компьютеры и др.
Многие западные издания выстраивают своеобразные хит-парады научных достижений уходящего 2003 года. Мы публикуем один из таких списков, составленный редакцией издания PhysicsWeb.
Физики открыли "мятежную" субатомную частицу
На линейном ускорителе в Стэнфорде идентифицировали новую субатомную частицу Ds (2317). Эта частица представляет из себя необычный "сплав" "очарованного" кварка и "странного" антикварка. Ее масса оказалась существенно ниже, чем можно было бы ожидать. В качестве альтернативы рассматривается и такая возможность: частица могла бы быть в новом, до настоящего времени невиданном состоянии - ассоциация четырех кварков.
"Частица бога" не откроет тайну американцам
Один из ключевых вопросов современной физики высоких энергий - подтверждение или опровержение существования теоретически предсказанной еще в 1964 году экзотичной субатомной частицы, называемой бозоном Хиггса. Предполагается, что бозон Хиггса сыграл основную роль в механизме, посредством которого некоторые частицы (кварки, лептоны) во время Большого взрыва приобрели массу, а другие остались безмассовыми (фотоны).
Получен рекордный ультрахолодный "атомный снежок"
2500 атомов натрия охладили до половины миллиардной части градуса выше абсолютного нуля - температуры, при которой колебания атомов почти полностью замирают. В результате получается ни много ни мало как принципиально новое, пятое состояние вещества - так называемый конденсат Бозе - Эйнштейна.
Новый кварктет: субатомные причуды в семействе пентачастиц
Удалось обнаружить никогда прежде не виданную элементарную частицу, составленную из пяти кварков и антикварков. Случаи рождения приблизительно 40 частиц нового типа были выявлены при анализе миллионов протон-протонных столкновений на сверхмощном протонном синхротроне в CERN. Это свидетельство в пользу существования ранее теоретически предсказанного целого семейства таких частиц.
Обнаружены первые "молекулы" среди мезонов
X(3872) не сообразуется ни с одной из известных схем, описывающих структуру субатомных частиц, и теоретики теперь стоят перед непростой дилеммой: либо вносить существенные поправки в привычную и хорошо себя зарекомендовавшую Стандартную модель элементарных частиц, либо признать, что мы имеем дело с неведомым типом мезона, который содержит четыре кварка - тетракварком.
Физики, возможно, наблюдали магнитные монополи
Поль Дирак в 1931 году выдвинул гипотезу, согласно которой в природе должны существовать некие экзотические частицы, являющиеся переносчиками изолированных "магнитных зарядов" - магнитные монополи. Но до сих пор все попытки обнаружить в эксперименте эти неуловимые частицы были безуспешными. Однако теперь группа физиков из Японии, Китая и Швейцарии утверждает, что им все-таки удалось найти косвенное свидетельство существования таких монополей Дирака.
Мезоны устраивают "похороны" классической физике
Хорошо известные в квантовой механике неравенства Белла впервые были проверены в эксперименте с участием высокоэнергетичных частиц в лаборатории KEK в Японии. Причем именно нарушение этих знаменитых неравенств и является серьезным аргументом в пользу истинности современного понимания квантовой теории и позволяет "похоронить" так называемые "теории скрытых параметров", в определенном смысле привязанные к классической физике.
Super-WIMPs: темная материя может оказаться необнаружимой в принципе
90 % всей материи Вселенной не просто скрывается в виде "не испускающего свет" вещества, а содержится в форме частиц, названных super-WIMPs (сверхслабо- взаимодействующие массивные частицы), перед которыми, в отличие от "просто" WIMPs, совершенно бессильны все известные способы обнаружения темного вещества.
Силу, возникающую из пустоты, приспособят к чему-нибудь путному
Генрих Казимир еще в 1948 году предложил эксперимент, который мог бы подтвердить квантовую теорию физического вакуума (то, что вакуум на самом деле не пуст, а заполнен то и дело виртуально возникающими и исчезающими парами частиц и античастиц). Теперь американские исследователи сумели проверить этот эффект с точностью до 0,5 %. Выяснилось, что эффект Казимира действительно должен серьезно влиять на наноразмерные устройства.
Загадка солнечных нейтрино решена
Удалось обнаружить эффект "исчезновения" нейтрино. Этот эффект свидетельствует о том, что нейтрино имеют массу и могут осциллировать - то есть превращаться из одного типа в другой. Стандартная модель элементарных частиц, которая успешно использовалась фундаментальной физикой с 70-х годов прошлого века, требует серьезной модернизации.
Лазеры преодолевают силу Лоренца
Канадские физики предложили новый способ применения лазеров для изучения ультрабыстрых процессов в ядрах. Становится возможным проведение исследований ядерных процессов в аттосекундной шкале времени.
Мюоны указывают путь к невидимой вселенной
Международная группа физиков из Брукхэвенской лаборатории сообщила о том, что в экспериментах с элементарными частицами удалось обнаружить серьезные отклонения от теоретических предсказаний, даваемых Стандартной моделью. Измерялось колебание мюонов в магнитном поле. Нарушение Стандартной модели - это уже вполне ожидаемое событие, многие ученые полагают, что благодаря этому откроются горизонты новой физики элементарных частиц.
Большой взрыв руками физиков-ядерщиков: подтверждено получение кварк-глюонной плазмы
Недавние контрольные эксперименты добавили уверенности "творцам Большого взрыва" из Брукхэвена: похоже, им действительно удалось получить кварк-глюонную плазму - то есть материю, находящуюся в принципиально новом состоянии. Согласно современным теориям, кварк-глюонная плазма существовала только в первые 10-5 с после Большого взрыва. Когда-то предрекали, что подобные эксперименты могут привести чуть ли не к концу всей нашей Вселенной или, по меньшей мере, к формированию микроскопической черной дыры, которая затем затянет внутрь себя все, до чего сможет дотянуться.
Найдено направление "космического ливня", устроившего потоп в Солнечной системе
Едва ли не самая интригующая проблема, с которой в свое время столкнулись исследователи космических лучей, - это необходимость объяснения так называемого "колена" в спектре первичного космического излучения - избытка высокоэнергичных частиц. До сих пор однозначного объяснения этот феномен не получил, но последние исследования все увереннее связывают эту аномалию не с особенностью "работы" галактических магнитных полей или физикой межзвездного пространства, а с тем, что нас, землян, просто угораздило родиться в относительной близости от мощного "ускорителя" частиц определенной энергии, изрядно "попортившего" астрофизикам картину мира.
Астрономы обнаружили "потерявшиеся" барионы
Астрономы обнаружили новый тип разогретого межгалактического газа, с помощью которого можно локализовать невидимое присутствие темного вещества во Вселенной. Газовое облако, в триллион раз массивнее, чем наше Солнце, и в 150 раз более горячее, окружает нашу местную группу галактик, в которую входит Млечный путь, туманность Андромеды и еще приблизительно 30 мелких галактик.
Разрешена одна из загадок космических лучей
Казалось бы, в одной-единственной цифре не может быть ничего выдающегося, однако это позволило не только разрешить споры о месте рождения пульсара и определить размер его нейтронной звезды (а стало быть, уточнить физическую модель этого объекта), но и, возможно, открыть одну из важнейших тайн космических лучей.
Новости по теме
