Мы привыкли воспринимать таблицу Менделеева как завершённый труд: вот список элементов от водорода до урана, все элементы структурированы и разложены по полочкам. Таблица выглядит для нас как карта мира, которую однажды нарисовали, и на этом всё.
Но к концу XX века физики пришли к мысли, что таблицу можно не только дополнять найденными в природе элементами, но и дописывать теми, которые в природе не существуют. 9 февраля 1996‑го эта идея получила конкретное воплощение - родился элемент №112.
Сверхтяжёлые элементы.
9 февраля 1996 года группа физиков во главе с Питером Армбрустером в немецком Дармштадте сделала то, чего не могла сделать природа за миллиарды лет существования Вселенной. Этого элемента не существует ни в горных породах, ни в звёздах, ни в глубинах планет. Он может просуществовать доли секунды, после чего распадается.
Чтобы понять масштаб события, нужно сделать шаг назад. Долгое время химические элементы воспринимались как «кирпичики» материи, которые даны нам раз и навсегда. Менделеев только навёл порядок, разложив их по массе и свойствам.
Физики начала XX века выяснили, что в основе всех атомов лежат ядра, состоящие из протонов и нейтронов. Тогда же родилась мысль: ядра можно не только находить в природе, но и конструировать новые, сталкивая между собой существующие.
Так появилось понятие сверхтяжёлых элементов - таких, у которых ядро настолько тяжёлое и нестабильное, что оно разваливается почти сразу после рождения.
Остров стабильности.
Вскоре родилась идея «острова стабильности». Теоретики предположили, что в мире сверхтяжёлых ядер существуют определённые сочетания числа протонов и нейтронов. которые позволят жить атому сверхтяжёлого элемента чуть дольше обычного.
Не годы, конечно, и не столетия - секунды, может быть, минуты. Но для физиков это целая вечность. Чтобы добраться до этого «острова», нужно шаг за шагом строить всё более тяжёлые элементы, проверяя, сколько они проживут и как будут вести себя при распаде.
Питер Армбрустер, один из ключевых участников программы по созданию новых элементов, занимался «склеиванием» тяжёлых атомных ядер, чтобы в результате получить ещё более тяжёлое ядро.
На практике это выглядело как бесконечная рутинная работа на ускорителе. День за днём, неделя за неделей учёные обстреливали специальные мишени ионами.
Один на миллиард.
Принцип кажется простым, но реализовать его невероятно сложно. В качество мишени берутся ядра одного элемента. Затем с помощью ускорителя разгоняются ядра другого элемента до огромных скоростей.
Эти ядра, подобно пулям, летят в мишень. В подавляющем большинстве случаев ничего интересного для физиков не происходит: ядра просто пролетают мимо. И очень редко, в буквальном смысле один случай на миллиард столкновений, два ядра слипаются, образуя новое, более тяжёлое ядро.
Перед экспериментом физики заранее рассчитывают, какие ядра будут сталкивать, какова вероятность слияния и какие цепочки распада они должны увидеть, если всё получится.
Как зафиксировать результат?
В отличие от привычной химии, в нашем случае никто не сможет увидеть новый элемент ни глазами, ни с помощью микроскопа. Новый элемент существует настолько малое время, что о его появлении можно судить только по следам: по характерным сериям альфа‑распадов, по энергиям частиц, которые фиксирует детектор.
Когда такой распад регистрируется, он выглядит как короткая вспышка в море статистического шума. Один импульс, затем ещё один через микросекунды с энергиями, которые совпадают с расчётами.
Но этого мало. Чтобы объявить об открытии нового элемента, нужно исключить все альтернативные объяснения: фон от других реакций, случайные совпадения, ошибки детекторов.
После должны подключиться независимые группы, повторить и подтвердить результат. Между первым сигналом в детекторе и официальным признанием элемента проходят годы.
Когда все сомнения развеяны, у нового «жителя» таблицы появляется имя. Элемент 112 назвали "коперниций" - в честь Николая Коперника. В этом выборе есть особая символика. Коперник перевернул представление о месте Земли во Вселенной. Сверхтяжёлые элементы вроде коперниция переворачивают наше представление о том, насколько далеко человек может зайти в конструировании самой материи.
Человек уже не просто открывает то, что «дано» природой, а создаёт комбинации частиц, которые в естественных условиях никогда бы не возникли.
Обратная сторона.
Есть у этой истории и теневая сторона. Исследования сверхтяжёлых элементов выросли из военных программ. Технологическая база, позволяющая разгонять тяжёлые ионы до гигантских энергий, создавать детекторы, различающие редчайшие распады, не возникла в вакууме. За ней стоят десятилетия, потраченные на разработку ядерного оружия.
И тут неизбежно возникают вопросы. Стоит ли человечеству тратить огромные ресурсы, чтобы создавать элементы, живущие микросекунды? Это путь к новым материалам и технологиям или просто демонстрация того, что мы можем?
Ответ пока неочевиден. Одни исследователи надеются, что где‑то на «острове стабильности» обнаружатся элементы, достаточно долгоживущие и необычные по свойствам, и на их основе построить новые прорывные технологии.
Другие видят в этих экспериментах прежде всего способ проверять наши теории о строении ядра и предсказывать поведение материи в экстремальных условиях - таких, какие бывают в недрах нейтронных звёзд.
Читайте так же:
- Какая страна первой опубликовала фотографию с поверхности Луны.
- «Салют-4»: забытый триумф СССР и тайна «Союзов» - двойников.