ภารกิจกำลังดำเนินการเพื่อสร้างอะตอมขนาดใหญ่และใหญ่ขึ้นด้วยโปรตอนและนิวตรอนมากขึ้นกว่าเดิม
ด้วยการสร้างองค์ประกอบที่หนักหน่วงเหล่านี้นักวิทยาศาสตร์ไม่เพียง แต่สร้างสสารรูปแบบใหม่-พวกเขากำลังตรวจสอบโลก subatomic และเรียนรู้เกี่ยวกับกองกำลังลึกลับที่เก็บอะตอมไว้ด้วยกัน
“ แน่นอนว่าการค้นพบสิ่งใหม่นั้นน่าสนใจมากเสมอ แต่แรงจูงใจหลักคือเราไม่เข้าใจว่านิวเคลียสทำงานอย่างไรในขอบเขตที่รุนแรงเหล่านี้” Dawn Shaughnessy นักเคมีของ Lawrence Livermore National Laboratory ใน Livermore รัฐแคลิฟอร์เนียกล่าว
นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานเพื่อเป้าหมายที่ยั่วเย้า: พวกเขาหวังว่าจะค้นพบ "เกาะแห่งความมั่นคง" ทางทฤษฎีซึ่งองค์ประกอบที่มีขนาดใหญ่เป็นพิเศษทั้งหมดกลายเป็นเรื่องง่ายขึ้น ในขณะที่มากที่สุดอะตอมหนักสลายตัวเป็นเศษส่วนของวินาทีทฤษฎีทำนายว่าเมื่อองค์ประกอบถึงจำนวนโปรตอนและนิวตรอนจำนวนเวทมนตร์พวกเขาจะค่อนข้างเสถียรอีกครั้ง การค้นหาตัวเลขเวทมนตร์เหล่านี้ยังสามารถให้เบาะแสที่เปิดเผยเกี่ยวกับวิธีการทำงานของอะตอม
หนักที่สุด
จนถึงตอนนี้องค์ประกอบที่หนักที่สุดที่เคยมีมามี 118 โปรตอน จำนวนโปรตอนในอะตอม - เรียกว่าหมายเลขอะตอม - กำหนดองค์ประกอบชนิดของมัน ดังนั้นไฮโดรเจนจึงเป็นอะตอมที่มีโปรตอนหนึ่งตัวในขณะที่ออกซิเจนเป็นอะตอมที่มีแปดโปรตอนหรือเลขอะตอมแปด
โดยทั่วไปอะตอมมีโปรตอนและนิวตรอนใกล้เคียงกับจำนวนเท่ากัน แต่นี่ไม่ใช่กรณีเสมอไป และอะตอมออกซิเจนสามารถได้รับหรือสูญเสียนิวตรอน แต่ยังคงเป็นออกซิเจนตราบใดที่มันมีโปรตอนแปดตัว
องค์ประกอบที่หนักที่สุดที่พบได้ทั่วไปในธรรมชาติ - ยูเรเนียม - มี 92 โปรตอน ทุกอย่างที่หนักกว่านั้นเป็นสิ่งที่มนุษย์สร้างขึ้น
ทีมงานของ Shaughnessy ร่วมกับนักวิทยาศาสตร์ที่ Institute เพื่อการวิจัยนิวเคลียร์ (JINR) ในดูนารัสเซียค้นพบองค์ประกอบที่หนักที่สุดห้าประการรวมถึงองค์ประกอบ 118 การพิชิตอื่น ๆ ของพวกเขารวมถึงองค์ประกอบ 113, 114, 115 และ 116
งานล่าสุดของพวกเขาบางส่วนบ่งบอกว่าพวกเขาอาจคืบคลานเข้าใกล้เกาะแห่งความมั่นคง พวกเขาสามารถบอกได้ด้วยการวัดระยะเวลาของอะตอมของพวกเขาก่อนที่จะสลายตัวหรือแบ่งออกเป็นอะตอมขนาดเล็ก
องค์ประกอบที่หนักที่สุดส่วนใหญ่จะมีเพียงไมโครวินาทีหรือนาโนวินาทีก่อนที่จะสลายตัว; มันยากสำหรับอะตอมที่มีโปรตอนและนิวตรอนจำนวนมากที่จะรวมตัวกัน แต่องค์ประกอบจัมโบ้บางอย่างที่มีจำนวนโปรตอนหรือนิวตรอนที่อยู่ใกล้กับตัวเลขวิเศษสามารถใช้เวลาไม่กี่วินาทีหรือนาที ตัวอย่างเช่นการทดสอบก่อนกำหนดขององค์ประกอบ 114 แนะนำว่ามันอาจจะมีครึ่งชีวิตนานถึง 30 วินาที ครึ่งชีวิตคือเวลาที่ใช้เวลาครึ่งหนึ่งของสารที่จะสลายตัว
“ แม้ว่าเราจะยังไม่ถึงภูมิภาคที่มีความมั่นคง แต่เราก็เห็นสิ่งต่าง ๆ ที่สามารถอยู่ได้สิบวินาทีใกล้กับนาที” Shaughnessy บอกกับ LiveScience "สำหรับสิ่งเหล่านี้หนึ่งนาทีเป็นเหมือนนิรันดร์"
การค้นหาองค์ประกอบที่ค่อนข้างยาวนานนั้นน่าตื่นเต้นไม่ใช่เพียงเพราะมันบอกใบ้ถึงเกาะแห่งความมั่นคง แต่เป็นเพราะมันให้โอกาสที่ดีกว่าสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่จะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับองค์ประกอบ
“ เมื่อคุณทำอะตอมของบางสิ่งบางอย่างและหากพวกเขาอาศัยอยู่ในช่วงสองสามวินาทีคุณสามารถทำเคมีได้” Shaughnessy กล่าว "คุณสามารถค้นพบคุณสมบัติทางเคมีพื้นฐาน"
อะตอมที่ยอดเยี่ยม
ในการสร้างองค์ประกอบสัตว์ประหลาดของพวกเขาทีมใช้ตัวเร่งอนุภาคที่เรียกว่า cyclotron เพื่อเร่งความเร็วคานของนิวเคลียสแคลเซียมให้ประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์ของความเร็วแสง จากนั้นพวกเขาก็ทุบไอออนแคลเซียมเหล่านี้ให้กลายเป็นเป้าหมายของนิวเคลียสอะตอมที่อยู่กับที่
ตัวอย่างเช่นในการสร้างองค์ประกอบ 118 นักวิจัยชนแคลเซียมซึ่งมี 20 โปรตอนกับแคลิฟอร์เนียองค์ประกอบที่มี 98 โปรตอน โดยปกติแล้วอนุภาคการทิ้งระเบิดจะกระเด้งออกจากเป้าหมาย แต่ในบางครั้งนิวเคลียสสองตัวจะเกาะติดกันและสร้างสิ่งที่เรียกว่านิวเคลียสคอมโพสิต ตั้งแต่ 98 และ 20 เพิ่มมากถึง 118 นิวเคลียสที่หลอมรวมผลลัพธ์คือองค์ประกอบ 118
เพื่อค้นหาองค์ประกอบที่หนักหน่วงเพียงไม่กี่คนทีมต้องทำการทดลองเป็นเวลาหลายเดือน
“ ในการทดลองหกเดือนเราอาจเห็นอะตอมสามถึงสิบอะตอม” Shaughnessy กล่าว
นักวิทยาศาสตร์ทำการตรวจจับเครื่องตรวจจับพิเศษเพื่อค้นหาองค์ประกอบที่พวกเขาหวังว่าจะสร้าง เครื่องตรวจจับมองหาลายเซ็นพลังงานที่เหมาะสมที่คาดการณ์ไว้สำหรับองค์ประกอบเป้าหมายของพวกเขาในขณะที่ใช้แม่เหล็กเพื่อเบี่ยงเบนอนุภาคอื่น ๆ
ทั้งทีม Lawrence Livermore-Jinr และทีมเยอรมันที่แข่งขันกันได้ค้นหา Element 120 แต่จนถึงขณะนี้ได้ออกมา
“ เราทั้งคู่ลงเอยด้วยการไม่พบอะไรเลยดังนั้นเราคิดว่าเราอยู่ในขีด จำกัด ของความสามารถในปัจจุบันของเรา” Shaughnessy กล่าว "เมื่อเราสูงขึ้นเรื่อย ๆ อัตราเหตุการณ์จะน้อยลงคุณต้องทำการทดลองที่ยาวนานขึ้นหรือคุณต้องปรับปรุงความไวของเทคโนโลยีเกี่ยวกับวิธีการตรวจจับสิ่งเหล่านี้" (อัตราเหตุการณ์หมายถึงความถี่ที่องค์ประกอบเป้าหมายจะเกิดขึ้น)
หมายเลขเวทมนตร์
นักวิจัยคิดว่าพวกเขาอาจจะกลับมาอยู่ในตัวเลขเวทมนตร์ที่สร้างขึ้นที่สร้างอะตอมที่มีเสถียรภาพ
องค์ประกอบ 114 กินเวลานานกว่าองค์ประกอบใด ๆ ที่หนักมากด้านล่างด้วยโปรตอนน้อยลง องค์ประกอบที่ 116 ก็มีครึ่งชีวิตที่ค่อนข้างยาวนาน แต่จากนั้นองค์ประกอบ 118 ก็กลายเป็นเสถียรภาพน้อยกว่ายาวนานกว่าหนึ่งมิลลิวินาทีก่อนที่จะสลายตัว
สิ่งนี้บอกนักวิจัยว่าพวกเขาอาจเข้าใกล้ - โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับจำนวนโปรตอนเวทมนตร์ จำนวนวิเศษของนิวตรอนยังคงคิดว่าเป็นวิธีการปิด
"คำถามคือเราเห็นเอฟเฟกต์ไกลแค่ไหน" Shaughnessy กล่าว "เรารู้ว่าเราไม่ได้อยู่ที่เกาะแห่งความมั่นคง แต่เราเห็นครึ่งชีวิตอีกต่อไป"
จำนวนอนุภาคที่สามารถบรรจุลงในนิวเคลียสของอะตอมได้อย่างง่ายดายนั้นขึ้นอยู่กับการจัดเรียงที่ซับซ้อนทั้งสองอย่างโปรตอนและนิวตรอนภายในนิวเคลียส
เช่นเดียวกับอิเล็กตรอนในอะตอมที่มีสถานะพลังงานโปรตอนและนิวตรอนก็มีระดับพลังงานเช่นกัน แต่ละระดับพลังงานสามารถเก็บโปรตอนหรือนิวตรอนจำนวนหนึ่งได้ เมื่อระดับพลังงานสูงสุดของนิวเคลียสเต็มรูปแบบอนุภาคจะเสถียร
นักวิทยาศาสตร์คิดว่าตัวเลขวิเศษคือจำนวนโปรตอนและนิวตรอนที่เติมระดับพลังงานอย่างสมบูรณ์ อะตอมในการกำหนดค่านี้จะรู้สึกค่อนข้างปลอดภัยและไม่ต้องการที่จะสูญเสียโปรตอนหรือนิวตรอนใด ๆ ที่จะสลายตัวลงในอะตอมขนาดเล็ก
- องค์ประกอบหนักใหม่น่าจะได้รับการตั้งชื่อตาม Copernicus
- เคมีแห่งชีวิต: ร่างกายมนุษย์
- 10 อันดับแรกของการระเบิดที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมา
