Столковения атомов могут привести к синтезу сверхтяжелых элементов. Изображение с сайта nature.com.

Физики синтезировали три новых сверхтяжелых изотопа

Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов, которые удерживаются вместе сильным ядерным взаимодействием, одним из четырех фундаментальных взаимодействий в природе. Ядро только из протонов (за исключением простейшего ядра водорода, состоящего из единственного протона) или только из нейтронов не могло бы существовать.

Химический элемент определяет количество протонов в ядре. Практически все элементы существуют в виде нескольких изотопов: ядер с одинаковым количеством протонов, но разным количеством нейтронов. От соотношения протонов и нейтронов зависит стабильность ядра: некоторые изотопы стабильны, некоторые имеют ограниченный срок жизни, некоторые и вовсе существуют несколько секунд. Кроме того, соотношение не может быть любым: для каждого ядра предположительно существует минимальное и максимальное количество нейтронов, которое оно может присоединить. Верхний "нейтронный предел" установлен только для первых восьми элементов: от водорода до кислорода.

Многие изотопы не встречаются в природе и могут быть синтезированы только искусственно, особенно сверхтяжелые нестабильные ядра. Физики из NSCL бомбардировали лист вольфрама высокоскоростными ядрами кальция-48. Возникающие после бомбардировки ядра подвергались высокоточному анализу, который позволяет обнаружить даже самые редкие изотопы: те, ядра которых встречались реже, чем один раз на квадриллион (10¹⁵).

В итоге были обнаружены три новых изотопа. Магний-40 содержит 12 протонов и 28 нейтронов, тогда как обычный изотоп (магний-24) - 12 нейтронов, а самый тяжелый из синтезированных ранее (магний-38) - 26 нейтронов. Магний-39 с 27 нейтронами не был обнаружен, что согласуется с теорией: более стабильными считаются изотопы с четным количеством нейтронов, и протонов (четность нейтронов важнее).

Тем удивительнее было обнаружить алюминий-42, содержащий 13 протонов и 29 нейтронов: такие тяжелые ядра, явно находящиеся близко к верхнему нейтронному пределу, не должны были бы существовать с нечетным числом обоих типов частиц. Детекторы, однако, зафиксировали более 20 ядер странного изотопа, практически не оставляя сомнений в его существовании.

Наконец, было обнаружено одно ядро алюминия-43 (13 протонов, 30 нейтронов). Как правило, считается, что одного свидетельства недостаточно для нового изотопа, однако существование значительно менее стабильного алюминия-42 дает основания считать, что алюминий-43 тем более мог встретиться и детекторам можно доверять.

"Если сравнить обычный изотоп алюминий-27 со среднестатистическим взрослым мужчиной массой 75 килограммов, то алюминий-43 - это 120-килограммовый тяжелоатлет", - говорят ядерщики.

Ссылки по теме
- Three first-ever isotopes created at NSCL; additional super-heavy aluminum nuclei may exist - NSCL News, 24.10.07
- How many neutrons can an atom hold? - Nature, 24.10.07
- New isotopes push out the drip-line - Physics World, 25.10.07
- Физики-ядерщики синтезировали ядро-сигару - Lenta.ru, 30.01.2006
- В Мичиганском университете получили "дважды магический" изотоп - Lenta.ru, 18.04.2005

Сайты по теме
- National Superconducting Cyclotron Laboratory at Michigan State University