Guliver na „ostrvu stabilnosti”

Ruski fizičari su, najzad, popunili još jedno, pretposlednje mesto u Mendeljejevljevoj tablici hemijskih elemenata. Osam godina posle veštačkog stvaranja, za sada najtežeg i poslednjeg (118), pojavio se nešto lakši prethodnik sa atomskim brojem 117 (toliko ima protona i isto toliko elektrona u jezgru). Ni jedan, ni drugi ne postoje više u prirodi.

Kako su to postigli?

Mesecima su besomučno gađali snopovima kalcijumovih jona svojevrsnu metu sačinjenu od još jednog teškog elementa (aktinida) – berklijuma (sa atomskim brojem 97). Da li je to nagoveštaj da su stigli nadomak „ostrva stabilnosti”, grupe superteških elemenata, koji su – za razliku od istoimene sabraće – veoma postojani.

Magični broj

Poznato je da se u prirodi nalaze 92 hemijska elementa koji su pretrajali sve do naših dana još Zemljinog postanka pre 4,5 milijardi godina. Svi posle uranijuma na 92. mestu imaju kraći poluživot (vreme za koje se raspadne polovina njegovih atoma). Jedino se nakratko pojavljuju u sudarima čestima u moćnim akceleratorima: što su teži, kraće traju.

Šezdesetih godina naučnici su otkrili da izvestan zbir protona i neutrona, nazvan „magični broj”, odgovara izuzetnoj postojanosti jezgra koje zajedno tvore obe subatomske čestice. I to se naziva „ostrvom stabilnosti”. Ukoliko budu tamo pronađeni, odlikovaće se veoma neobičnim svojstvima.

Objedinjeni institut za nuklearna istraživanja u Dubni pokraj Moskve prednjači u ovom traganju, zahvaljujući akademiku Juriju Oganesjanu, najuspešnijem lovcu na superteške elemente minulih godina (ulovili su 113, 114, 115, 116 i 118). Najnoviju uspešnu poteru izveli su sa američkim istraživačima iz Nacionalne laboratorije u Ouk Ridžu. Šta su to uradili?

Pet meseci bez prestanka ispaljivali su svojevrsnu sačmu od kalcijuma u metu od berklijuma i, na kraju, izdvojili samo šest atoma – neznatnu mrvicu materije – do tada nepostojećeg superteškog elementa 117 koji je potrajao kraće od nekoliko stotinki sekunde. Nadenuli su mu ime ununseptium, što je latinski naziv za broj 117, i ostavili u „hemijskoj krstionici” da ga zvanično krste. Pre mesec dana jedan superteški ili transuranijumski (posle uranijuma) element dobio ga je tek posle 14 godina čekanja. Dotični novajlija sa atomskim brojem 112 odskora se zove kopernikum (vreme poluraspada 29 sekundi) – u slavu čuvenog astronoma Nikolaja Kopernika (1473-1543), tvorca heliocentrične teorije (planete se okreću oko Sunca, a ne oko Zemlje). Poslednji imenovani član u tablici svojom težinom, čak, 277 puta nadmašuje vodonik koji ima jedan proton!

Naziv je predložio tim istraživača koji ga je otkrio, a zvanično podržalo Međunarodno udruženje hemičara (IUPAC) i odredilo mu hemijski simbol – Cn, iako je bio predložen – Cp. (Nije prihvaćen jer je to kratica koja označava specifičnu toplotu materijala).

Upustivši se u mukotrpno i skupoceno traganje za najtežim hemijskim elementima, fizičari nastoje da iznova stvore materiju koja je postojala nakratko posle nastanka kosmosa i da odgonetnu tajanstvene sile u „srcu tame” atoma, čiji je prečnik iznosi desetomilioniti delić milimetra! (Morali biste da ih poređate deset miliona, da bi se videli kao tačka na ovoj stranici).

Oživljava li pred našim očima odavno zaboravljeni san alhemičara?

Patka i krompir

I brojni drugi hemijski elementi prozvani su u čast proslavljenih naučnika i izumitelja: ajnštajnijum (Albert Ajnštajn), mendeljevijum (Dmitrij Ivanovič Mendeljejev), nobelijum (Alfred Nobel), fermijum (Enriko Fermi), kirijum (Marija Kiri), raderfordijum (Ernest Raderford), siborgijum (Glen Siborg), borijum (Nils Bor), majtnerijum (Liza Majtner), rentgenijum (Vilhelm Konrad Rentgen).

Zbir protona određuje redosled, a elektrona koji se oko njega vrte vrstu atoma: svaki se, uglavnom, diči podjednakim brojem protona (i istim neutrona) u jezgru, veoma se retko naiđe na odstupanje. A u središtu budućeg „gulivera” koji se, verovatno, skriva na „ostrvu stabilnosti”, moralo bi da bude 120 protona (i isto toliko neutrona).

Hemijskih elemenata težih od uranijuma-92 poodavno nema u prirodi, iščezli su maltene istog trena posle začetka našeg kosmosa pre 13,7 milijardi godina. Povremeno ih istraživači, savremeni alhemičari, stvore u moćnim ubrzivačima čestica (akceleratori), i očas nestanu jer su veoma nepostojani (poslednjih šest bezimenih od pola do milionitog delića sekunde).

U čuvenoj „hemijskoj azbuci” Dmitrija Ivanoviča Mendeljejeva upisani su svi koji potiču iz zvezda, a nastali su veoma davno u procesu uobličavanja jezgara ili nukleosintezi. (Pomenimo usput: zna se da slavni hemičar ukrstio mač s Lavom Nikolajevičem Tolstojem, a nagađa da je istovremeno živeo s dve žene).

Prema važećoj kosmološkoj teoriji, sto sekundi nakon „Velikog praska” (Big Bang), nepojamno razorne eksplozije takoreći ni iz čega, otpočela je prva nukleosinteza: najpre su oblikovana laka, zatim teža jezgra i, na kraju, atomi pojedinih elemenata. Potonji su skuvani, prema rečima američkog fizičara ruskog porekla Georgija Gamova, za kraće vreme nego što je potrebno da se ispeče patka s pekarskim krompirom!

Praiskonska sinteza ličila je na nesvakidašnje kosmičko utrkivanje: startni pištolj je opalio sekundu nakon postanja, čim je temperatura dovoljno opala da jezgra mogu da opstanu. Okončala se tri minuta docnije, što je kraće od vremena kojim vrhunski trkač pretrči 1.500 metara na olimpijskim igrama, kada se kosmos besomučno se šireći isuviše ohladio da bi se nastavila nuklearna fuzija.

Da se nukleosinteza kojim slučajem neograničeno produžila, svi protoni i neutroni sjedinili bi se u gvožđe. A to znači da bi imalo od čega da nastane živi svet, pa i čovek!

Svi elementi s rednim brojem većim od 100 stvoreni su u veoma složenim i zahtevnim ogledima, posle spajanja (fuzija) izabranog teškog jezgra kao metka i odabranog teškog jezgra kao mete. Kao u svojevrsnoj streljani, prvima gađaju (i pogađaju) druge.

Verovatnoća pogađanja je poprilično mala, a vreme postojanja izuzetno kratko. Da bi se obrazovalo i primetilo samo jedno jezgro, meta se nekoliko sedmica zasipa s milijardu milijardi tanadi!

Ukoliko su kojim slučajem opstali na Zemlji, postojani superteški izotopi bi morali da imaju više od 170 neutrona koliko su preklane obelodanili izraelski naučnici. Potrage se organizuju već nekoliko decenija, najčešće u Rusiji, Nemačkoj i SAD. Dosadašnje iskustvo svedoči da su se eksperimentalni rezultati većinom kretali u granicama teorijskih predviđanja.

Kada fizičari budu razumeli procese u kojima su nastajala teška i superteška jezgra, biće u prilici da rekonstruišu kako je postao kosmos: uspostaviće vremenski sled ključnih zbivanja od „Velikog praska” do naših dana. Zar to nije vredno ogromnog truda?