
正在进行一个追求,以创建比以往任何时候都有更多质子和中子的越来越大的原子。
通过建立这些超重的元素,科学家不仅在创造新的物质 - 他们正在探索亚原子世界,并了解将原子融合在一起的神秘力量。
“当然,发现新事物总是非常有趣,但是主要的动机是,我们不了解核心在这些极限范围内如何锻炼,”加利福尼亚州利弗莫尔的劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的化学家Dawn Shaughnessy说。
科学家还在努力实现一个诱人的目标:他们希望发现一个理论上的“稳定岛”,在该理论上,超大元素突然变得更容易制作。虽然最非常重原子理论预测,一秒钟的分数瓦解,一旦元素达到了质量的质子和中子,它们就会再次变得相对稳定。找到这些魔术数字还可以提供有关原子如何工作的启示线索。
最重的一个
到目前为止,有史以来最重的元素具有118个质子。原子中质子的数量(称为原子数)确定它是什么样的元素。因此,氢是一个具有一个质子的原子,而氧是一个具有八个质子或原子数八的原子。
通常,原子的质子和中子数接近相等的数量,但并非总是如此。只要氧原子具有八个质子,氧原子就会产生或失去中子,但仍保持氧气。
自然界中通常发现的最重的元素 - 铀 - 具有92个质子。一切都较重通常都是人造的。
Shaughnessy的团队与俄罗斯杜巴纳联合核研究所(JINR)的科学家合作,发现了五个已知的最重的元素,其中包括Element 118。他们的其他征服包括113、114、115、115和116的元素。
他们的一些最新作品表明他们可能正在靠近稳定岛。他们可以通过测量其原子在衰减前持续多长时间或分解成较小的原子来分辨。
大多数超重型元素在衰减前仅持续微秒或纳米秒;如此多的质子和中子的原子很难保持在一起。但是,一些巨型元素,质子或中子数量接近魔术数字,可以持续几秒钟或几分钟。例如,对元素114的早期测试表明,它的半衰期可能长达30秒。半衰期是一半物质腐烂所花费的时间。
Shaughnessy告诉LiveScience:“即使我们还没有达到稳定区域,我们也会看到可以持续数十秒钟的时间,将近几分钟。” “对于这类事情,一分钟就像永恒。”
寻找相对长寿的元素令人兴奋,这不仅是因为它暗示了稳定岛,还因为它为科学家提供了更多有关元素的了解的机会。
Shaughnessy说:“一旦您制作了几种原子,如果它们生活在几秒钟的范围内,就可以在上面进行化学反应。” “您可以发现其基本化学特性。”
粉碎原子
为了创建其怪物元素,团队使用称为回旋子的粒子加速器将钙核的光束加速至光速的10%。然后,他们将这些钙离子粉碎成固定原子核的靶标。
例如,为创建元素118,研究人员碰撞了钙,该钙具有20个质子,加利福尼亚元素是带有98个质子的元素。通常,轰击粒子只会从目标上反弹,但是有时,两个核会粘在一起并创建所谓的复合核。由于98和20总计118,因此所产生的融合核是元素118。
为了找到少数超重元素,团队必须进行几个月的实验。
肖尼西说:“在一个六个月的实验中,我们可能会看到三到十个原子。”
科学家钻机的特殊探测器启动了,以寻找他们希望创建的元素。检测器寻找针对其目标元素预测的正确能量签名,同时使用磁铁来转移任何其他颗粒。
劳伦斯·利弗莫尔·辛尔(Lawrence Livermore-Jinr)团队和一支竞争的德国球队都一直在寻找Element 120,但到目前为止已经淘汰了。
肖尼西说:“我们俩最终都没有找到任何东西,所以我们认为我们正在达到当前能力的极限。” “随着我们越来越高,事件速率将变得更小。您要么必须进行更长的实验,要么必须提高技术对检测这些内容的敏感性。” (事件速率是指目标要素形成的频率。)
魔术数字
研究人员认为,他们可能正在归咎于创建稳定原子的传说魔术数字。
元素114的持续时间比质子较少的质子较少的任何超重元素持续更长。元素116的半衰期也相对较长,但随后元素118的稳定性不那么稳定,在衰减之前持续的持续时间少于毫秒。
这告诉研究人员他们可能要近距离,尤其是质子的神奇数量。中子的神奇数字仍然被认为是一条路。
“问题是我们看到了多远?”肖尼西说。 “我们知道我们不在稳定岛上,但我们看到了更长的半衰期。”
可以认为很容易包装到原子核的颗粒数量被认为取决于两者的复杂排列质子和中子在核内。
正如原子中的电子具有能量状态一样,质子和中子也具有能级。每个能级可以容纳一定数量的质子或中子。当核的最高能级满足时,粒子是稳定的。
科学家认为魔术数量是质子和中子的数量,这些数量完全填充了一组能量水平。这种配置中的原子会感觉相对安全,并且不想失去任何质子或中子来腐烂成较小的原子。
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