إختراق علمي يجعل العلماء أقرب إلى إنشاء أثقل عنصر على الإطلاق
مصر:إيهاب محمد زايد
ثلاث دوائر بأحجام مختلفة، مع دائرة أكبر مضاءة خلف الدائرة الوسطى
في أحد إنجازات الكيمياء الحديثة، استخدم العلماء شعاعًا من التيتانيوم المتبخر لتكوين أحد أثقل العناصر على الأرض، ويعتقدون أن هذه الطريقة الجديدة يمكن أن تمهد الطريق لآفاق أكبر.
هذه هي المرة الأولى التي تنجح فيها التقنية الجديدة – التي يتم فيها تسخين قطعة كبيرة من نظير التيتانيوم 50 النادر إلى ما يقرب من 1650 درجة مئوية (3000 درجة فهرنهايت) لإطلاق الأيونات التي تنطلق إلى عنصر آخر – في إنتاج عنصر فائق الثقل، وهو ليفرموريوم. .
تم تصنيع الليفرموريوم لأول مرة في عام 2000، وهو ليس أثقل عنصر خلقه البشر (وهذا هو الأوغانيسون، العدد الذري 118).
إذًا، ما المشكلة الكبيرة إذا ظهرت ذرتان من الليفرموريوم إلى الوجود مؤخرًا في مختبر لورانس بيركلي الوطني، وهو ما قد يتساءله أولئك الذين يتتبعون الجدول الدوري؟ ليفرموريوم هو “Y2K” ويحتوي على 116 بروتونًا فقط.
لكن دمج شعاع التيتانيوم مع البلوتونيوم لتكوين ليفرموريوم هو مجرد اختبار تجريبي لأشياء أكبر بكثير (أو بالأحرى أثقل). ويأمل العلماء في إنشاء عنصر سيكون الأثقل على الإطلاق: وهو الأنبينيليوم، الذي يحتوي على 120 بروتونًا.
رسم يصور عملية صنع العنصر 116
قام الباحثون بدمج نظائر التيتانيوم والبلوتونيوم لتكوين العنصر 116. (جيني نوس/مختبر بيركلي)
يقول الكيميائي النووي جاكلين جيتس من مختبر بيركلي، الذي قاد البحث: “لم يتم إثبات هذا التفاعل من قبل، وكان من الضروري إثبات أنه ممكن قبل الشروع في محاولتنا لإنتاج 120”.
كان الكالسيوم 48، الذي يحتوي على 20 بروتونًا، هو الشعاع المنطلق، لأن “العدد السحري” من البروتونات والنيوترونات يجعله أكثر استقرارًا، مما يساعده على الاندماج مع هدفه.
التيتانيوم 50 ليس سحرًا، ولكنه يحتوي على 22 بروتونًا اللازمة للوصول إلى تلك الأوزان الذرية الأثقل، دون أن يكون ثقيلًا لدرجة أنه ينهار ببساطة.
تشرح الفيزيائية جنيفر بور من مختبر بيركلي: “لقد كانت خطوة أولى مهمة هي محاولة صنع شيء أسهل قليلاً من عنصر جديد لمعرفة كيف يؤدي الانتقال من شعاع الكالسيوم إلى شعاع التيتانيوم إلى تغيير المعدل الذي ننتج به هذه العناصر”. .
“إن إنشاء العنصر 116 باستخدام التيتانيوم يؤكد صحة طريقة الإنتاج هذه، ويمكننا الآن التخطيط للبحث عن العنصر 120.”
استغرق الفريق 22 يومًا من العمليات في سيكلوترون مقاس 88 بوصة في مختبر بيركلي، والذي يعمل على تسريع أيونات التيتانيوم الثقيلة وتحويلها إلى شعاع قوي بما يكفي للاندماج مع هدفه. وبعد كل ذلك، لم ينتج سوى ذرتين صغيرتين من الليفرموريوم.
سيكون إنشاء الأنبينيليوم بهذه الطريقة، من خلال توجيه الشعاع نحو كاليفورنيوم-249، أسرع بكثير مما يمكن أن تقدمه الطرق السابقة، لكنه سيظل شاقًا.
يقول راينر كروكن، عالم الفيزياء النووية في مختبر بيركلي: “نعتقد أن إنتاج 120 سيستغرق حوالي 10 مرات أطول من 116”.
ويمثل هذا عودة إلى سباق العناصر فائقة الثقل بالنسبة لمختبر بيركلي التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، والذي كان رائدًا في اكتشاف العناصر خلال القرن العشرين.
لقد كان العلماء في جميع أنحاء العالم في سباق لإنتاج الأونبينيليوم منذ عام 2006 على الأقل، عندما قام فريق روسي في المعهد المشترك للأبحاث النووية بمحاولة أولى. قام العلماء في مركز جي إس آي هيلمهولتز لأبحاث الأيونات الثقيلة في ألمانيا بعدة محاولات بين عامي 2007 و2012، ولكن لم يتوصلوا إلى نتيجة.
والآن، مع مشاركة الباحثين من الولايات المتحدة والصين وروسيا في المنافسة، يتعين على المرء أن يتساءل ما هي التطبيقات المستقبلية على وجه التحديد.
قال عالم الفيزياء النووية، ويتولد نازارويتز، الذي لم يشارك في البحث، لروبرت سيرفيس في مجلة ساينس: “من المهم حقًا أن تعود الولايات المتحدة إلى هذا السباق، لأن العناصر فائقة الثقل مهمة جدًا من الناحية العلمية”.
يقع العنصر 120 بالقرب من “جزيرة الاستقرار” النظرية، وهي جنة للعناصر فائقة الثقل حيث تكون أعمار النصف طويلة للغاية، وذلك بفضل “أعدادها السحرية” من البروتونات والنيوترونات.
من المتوقع أن توفر هذه العناصر فائقة الثقل والمستقرة وطويلة الأمد للعلماء الفرصة لدراسة السلوك الذري المتطرف، واختبار نماذج الفيزياء النووية، ورسم حدود النوى الذرية.
المصدر
تم إرسال هذه الورقة إلى Physical Review Letters، وهي متاحة كطبعة أولية على arXiv.
