(Liyao Xie/Moment/Getty Images) Protonen bleiben nicht gerne lange nahe beieinander. Aber wenn Sie die richtige Anzahl sorgfältig auf genügend Neutronen verteilt haben, können sie möglicherweise ein Atom bilden, das nicht im Handumdrehen auseinanderfällt.
Theoretiker hatten vorgeschlagen, dass 114 einer davon sein könnte 'magische Zahl von Protonen – aber ein aktuelles Experiment, das am GSI Helmholtz-Zentrum für Schwerionenforschung in Deutschland durchgeführt wurde, macht dies nun unglaublich unwahrscheinlich.
1998 gelang es russischen Experimentatoren schließlich, ein Element mit 114 Protonen im Kern zu bauen. Es wurde später benannt Flerovium nach seinem Geburtsort das Flerov-Labor für Kernreaktionen des Gemeinsamen Instituts für Kernforschung.
Es ist keineswegs einfach, Atome in Mammutgröße zu erzeugen. Dies gelingt nur, indem man mit schweren Elementen wie Plutonium beginnt und diese mit etwas kleineren Elementen wie Kalzium bewirft, bis etwas kleben bleibt.
Mit „Stöcken“ meinen wir „Pausen, die lang genug sind, um technisch gesehen als Atome durchzugehen“, was bei berggroßen Kernen selten mehr als einen Bruchteil einer Sekunde beträgt. Bei einer Größe von beispielsweise 112 Protonen beträgt die Transuran Das Element Copernicium hat kaum eine Chance, länger als 280 Mikrosekunden zu überleben.
Atomnukleonen halten sich aufgrund der starken Kraft, die zwischen den Trios der Subatomare geteilt wird, aneinander fest Quarks, aus denen sie bestehen .
Gleichzeitig treibt die abstoßende Natur der positiven Ladungen in Protonen diese auseinander, was bedeutet, dass die gesamte Struktur am Rande des Zusammenbruchs steht, wenn sie zu nahe beieinander kommen. Aus diesem Grund sehen wir einige Kombinationen von Nukleonen oder Isotopen häufiger als andere.
Sobald ein Atom eine bestimmte Größe erreicht, spielen auch eine Reihe anderer Faktoren im Zusammenhang mit Energie und Masse eine Rolle, die es für das Atom immer schwieriger und schwieriger machen, sich zusammenzuhalten Physiker, um seine Eigenschaften vorherzusagen .
Dennoch sind sich die Physiker sicher, dass dies der Fall ist Inseln der Stabilität im oberen Bereich des Periodensystems, wo Protonenanordnungen Muster und Formen bilden können, die es ihnen ermöglichen, etwas länger am Leben zu bleiben als benachbarte Elemente.
Nihonium oder Element 113 hat ein Isotop mit a Halbwertszeit von etwa 20 Sekunden , Zum Beispiel.
Als vor mehr als 20 Jahren erstmals Spuren von Flerovium aus Plutonium- und Kalziumtrümmern herausgesiebt wurden, sah es jedoch wie ein echter Wächter aus. Die Signatur in den Daten deutete darauf hin, dass die Atome bis zu 30 Sekunden lang stabil blieben, bevor sie ein Alphateilchen ausspuckten und kurzzeitig in Kopernikium zerfielen.
Die Aufregung war nur von kurzer Dauer. In 2009 Wissenschaftlern aus Berkeley gelang es, zwei verschiedene Isotope des Elements nachzubilden. Einer dauerte eine Zehntelsekunde. Der zweite hing etwas länger herum und zerfiel nach einer halben Sekunde.
Für Element 114 standen die Chancen nicht gut, aber Physiker gehören nicht zu den Typen, die es gut genug lassen. Also machte die Universität Mainz große Fortschritte und untersuchte mit verbesserten Detektoren Dutzende möglicher Zerfallsereignisse von Flerovium.
Am Ende wurden zwei als echte Isotope bestätigt. Eine davon führte zu einem Isotop von Copernicium, das auf eine Weise zerfiel, die zuvor nicht beobachtet worden war.
In diesem Fall erfolgte die Zerfallskette des Fleroviums innerhalb von 2,4 Sekunden, wobei Alpha-Partikel freigesetzt wurden. Das zweite Isotop war in 52,6 Millisekunden verschwunden. Wichtig ist, dass die effiziente Art und Weise, wie jedes der beiden Isotope zerfiel, deutlich machte, dass 114 überhaupt nicht stabil war.
So aufregend ein stabiles Flerovium auch gewesen sein mag, die neuen Erkenntnisse über einen angeregten Zustand von Copernicium bieten eine solide Grundlage für die Erforschung von Stabilitätsinseln weiter oben im Periodensystem und liefern Theoretikern wichtige Informationen für die weitere Modellierung dieses Phänomens.
„Die Existenz des Staates stellt einen weiteren Ankerpunkt für die Kerntheorie dar, da sie offenbar ein Verständnis sowohl der Formkoexistenz als auch der Formübergänge der schwersten Elemente erfordert“, so die Forscher vermerken sie in ihrem Bericht .
Während wir 114 mittlerweile als eine der magischen Zahlen des Periodensystems so gut wie ausschließen können, gibt es noch mehr Giganten zu töten.
Physiker müssen das hypothetische Element, das vorläufig Unbinilium oder Element 120 genannt wird, noch erschaffen. Die Herstellung eines dieser Monster würde leistungsstarke Technologie und fortgeschrittene Kenntnisse der Kernphysik erfordern.
Es gibt Pläne, die Grenzen der Atommassen zu verschieben, mit RIKEN in Japan Wir machen im Nishina Center for Accelerator-Based Science stetige Fortschritte, sodass wir möglicherweise nicht lange warten müssen.
Wie frühere Entdecker sind Forscher immer noch zuversichtlich, dass es direkt hinter dem Horizont stabile Inseln gibt. Unterwegs werden wir bestimmt einige Fata Morganas sehen.
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Briefe zur körperlichen Untersuchung .