Το μοντέλο της Μαρίας Γκέπερτ-Μάγιερ

(…) Το απλούστερο στοιχείο στο Σύμπαν, το υδρογόνο (1H), είναι και το πιο άφθονο. Το δεύτερο απλούστερο στοιχείο στο Σύμπαν, το ήλιο (2Ηe), είναι το το δεύτερο πιο άφθονο. Σε ένα εύτακτο από αισθητική άποψη Σύμπαν, το τρίτο απλούστερο στοιχείο, το λίθιο (3Li), θα ήταν και το τρίτο πιο άφθονο, κ.ο.κ. Αλλά το Σύμπαν μας δεν είναι εύτακτο. Το τρίτο πιο διαδεδομένο στοιχείο είναι το οξυγόνο (8Ο), το στοιχείο με ατομικό αριθμό 8. Γιατί όμως; Ίσως κάποιος επιστήμονας να απαντούσε ότι το οξυγόνο διαθέτει έναν πολύ σταθερό πυρήνα, ο οποίος δεν διασπάται. Εντούτοις, μια τέτοια απάντηση απλώς μεταθέτει το ερώτημα: Γιατί ορισμένα στοιχεία, όπως το οξυγόνο, έχουν τόσο σταθερό πυρήνα;

Σε αντίθεση με τους περισσότερους σύγχρονούς της, η Μαρία Γκέπερτ- Μάγερ διέκρινε εδώ έναν παραλληλισμό με την αξιοσημείωτη σταθερότητα των ευγενών αερίων. Υποστήριξε ότι τα πρωτόνια και τα νετρόνια του πυρήνα κατανέμονται σε πυρηνικούς «φλοιούς», όπως τα ηλεκτρόνια κατανέμονται σε ηλεκτρονιακές στιβάδες, και ότι η συμπλήρωση των πυρηνικών φλοιών με τον κατάλληλο αριθμό σωματιδίων συντελεί στην πυρηνική σταθερότητα. Στα μάτια ενός τρίτου φαντάζει μια εύλογη, κομψή αναλογία. Αλλά τα βραβεία Νόμπελ δεν κατακτώνται με εικασίες, και δη εικασίες άμισθων καθηγητριών. Επιπλέον, η ιδέα των πυρηνικών φλοιών προκάλεσε αναστάτωση στους πυρηνικούς φυσικούς, καθότι οι πυρνηνικές διαδικασίες είναι ανεξάρτητες από τις χημικές. Δεν υπάρχει λόγος τα φερέγγυα νετρόνια και πρωτόνια, οι σπιτόγατοι του ατόμου, να συμπεριφέρονται όπως τα μικροσκοπικά, παρορμητικά ηλεκτρόνια, που εγκαταλείπουν το σπίτι τους χάριν ελκυστικών γειτόνων. Και πράγματι, ως επί το πλέιστον, συμπεριφέρονται πολύ διαφορετικά.

Αλλά η Γκέπερτ-Μάγιερ διερεύνησε την εικασία της και, συνδυάζοντας μεταξύ τους ορισμένα ασύνδετα πειράματα, απέδειξε ότι όντως υπάρχουν πυρηνικοί φλοιοί και ότι ενίοτε σχηαμτίζονται «μαγικοί πυρήνες», όπως τους ονόμασε η ίδια. Για πολύπλοκους μαθηματικούς λόγους, οι μαγικοί πυρήνες δεν έχουν περιοδικότητα όπως οι χημικές ιδιότητες των στοιχείων. Η μαγεία ανακύπτει στους ατομικούς αριθμούς 2, 8, 20, 28, 50, 82, κ.ο.κ. Η Γκέπερτ-Μάγερ απέδειξε ότι, στους συγκεκριμένους ατομικούς αριθμούς, τα πρωτόνια και τα νετρόνια συγκροτούν καθ΄όλα συμμετρικές σφαίρες υψηλής σταθερότητας. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα οκτώ πρωτόνια και τα οκτώ νετρόνια του οξυγόνου καθιστούν τον πυρήνα του ατόμου του διπλά μαγικό, και ως εκ τούτου αενάως σταθερό – γεγονός που εξηγεί τη φαινομενική υπεραφθονία του οξυγόνου στο Σύμπαν. Το μοντέλο των πυρηνικών φλοιών εξηγεί και γιατί χημικά στοιχεία όπως το ασβέστιο (το στοιχείο με ατομικό αριθμό 20) είναι δυσανάλογα άφθονα και, διόλου συμπτωματικά, γιατί ο οργανισμός μας εκμεταλλεύεται τέτοια εύκολα διαθέσιμα ανόργανα υλικά.

Η θεωρία της Γκέπερτ-Μάγερ απηχεί την πλατωνική ιδέα περί τελειότητας των όμορφων σχημάτων. Και το μοντέλο των μαγικών, σφαιρικών πυρήνων αναδείχθηκε στην ιδεατή μορφή έναντι της οποίας κρίνονται όλοι οι πυρήνες. Αντιστρόφως, χημικά στοιχεία που απέχουν πολύ από τους δυο εγγύτερούς τους μαγικούς αριθμούς είναι λιγότερο διαδεδομένα, διότι σχηματίζουν άσχημους, επιμήκεις πυρήνες. Στην περίπτωση μάλιστα του στοιχείου με ατομικό αριθμό 67, του ολμίου (67Ho), οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει άτομα με έλλειμμα νετρονίων τα οποία έχουν παραμορφωμένο πυρήνα που μοιάζει με μπάλα αμερικανικού φουτμπόλ. Όπως μπορείτε να μαντέψετε από το μοντέλο της Γκέπερτ-Μάγιερ (ή έχοντας παρακολουθήσει την μπάλα να πέφτει από τα χέρια κάποιου παίκτη σε αγώνα αμερικανικού φουτμπόλ), οι πυρήνες ολμίου δεν είναι ιδιαίτερα σταθεροί. Και σε αντίθεση με τα άτομα που έχουν μη εξισορροπημένες ηλεκτρονιακές στιβάδες, τα άτομα με παραμορφωμένους πυρήνες δεν μπορούν να αποσπάσουν νετρόνια και πρωτόνια άλλων ατόμων ώστε να εξισσοροπήσουν τους πυρήνες τους. Ως εκ τούτου, άτομα με δύσμορφους πυρήνες, όπως το ισότοπο του ολμίου, δεν σχηματίζονται ποτέ. Και σε περίπτωση που όντως σχηματιστούν, αμέσως αποσυντίθενται.

Το μοντέλο των πυρηνικών φλοιών αποτελεί μια ιδιοφυή ανακάλυψη. Επομένως, η Γκέπερτ-Μάγερ πρέπει να ένιωσε απόγνωση, δεδομένης μάλιστα της επισφαλούς θέσης της στην επιστημονική κοινότητα, όταν πληροφορήθηκε ότι το ίδιο μοντέλο είχε περιγραφεί από άρρενες φυσικούς στη γενέτειρά της. Η Μαρία κινδύνευε να απολέσει πλήρως τα επιστημονικά πρωτεία. Ωστόσο, οι δυο πλευρές είχαν αναπτύξει την ιδέα ανεξάρτητα μεταξύ τους. Και όταν οι Γερμανοί αναγνώρισαν ευγενικά το έργο της και της πρότειναν να συνεργαστούν, η καριέρα της απογειώθηκε. Η Γκέπερτ-Μάγερ έλαβε επιτέλους τα εύσημα για τις ανακαλύψεις της, και το 1959 μετακόμισε για τελευταία φορά με τον σύζυγό της στο Σαν Ντιέγκο, όπου ανέλαβε μια κανονική, έμμισθη ακαδημαϊκή έδρα στις νεότευκτες εγκαταστάσεις του πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας εκεί. Παρ’ όλα αυτά, δεν κατάφερε ποτέ να αποτινάξει το στίγμα της ερασιτέχνισσας. Όταν η Σουηδική Ακαδημία ανακοίνωσε, το 1963, ότι θα απονεμόταν στην Γκέπερτ-Μάγερ η ύψιστη διάκριση του επαγγέλματός της, η τοπική εφημερίδα του Σαν Ντιέγκο χαιρέτισε το σπουδαίο επίτευγμά της με τον πρωτοσέλιδο τίτλο: «Μητέρα από το Σαν Ντιέγκο κατακτά το βραβείο Νόμπελ»

Αλλά ίσως να εξαρτώνται όλα από την οπτική γωνία του καθενός. Αν οι εφημερίδες δημοσίευαν ένα ανάλογα ταπεινωτικό πρωτοσέλιδο για τον Γκίλμπερτ Λιούις, το πιθανότερο είναι εκείνος να πετούσε τη σκούφια του (…)

απόσπασμα από το βιβλίο του Sam Kean, ‘Το κουτάλι που εξαφανίζεται’, μετάφραση: Παναγιώτης Δεληβοριάς, εκδόσεις κάτοπτρο



Κατηγορίες:ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ, ΧΗΜΕΙΑ

Ετικέτες: , , ,

4 replies

  1. Δεν έιναι και το πλέον αδρανές στοιχείο το οξυγόνο. ‘Ολα τα οξείδια, τα περισσότερα άλατα, πλήθος από οργανικές και αννόργανες ενώσεις, και το νερό περιέχουν οξυγόνο. Μήπως ακριβώς επειδή βρίσκεται σε αφθονία στη φύση έχει ενωθεί με ό,τι μπορούσε να ενωθεί και περισσεύει και ελεύθερο σε μεγάλες ποσότητες; Ακόμη και σε άγονα και άνυδρα ουράνια σώματα υπάρχουν πλήθος ορυκτά που περιέχουν οξείδια και άλατα που φυσικά περιέχουν ΚΑΙ οξυγόνο. Μόνο που σε όσα έχουμε εξερευνήσει δεν υπάρχει αρκετή βαρύτητα για να συγκρατήσει το ελεύθερο οξυγόνο…

  2. Σαουδική Ακαδημία –> Σουηδική Ακαδημία

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για την εξάλειψη των ανεπιθύμητων σχολίων. Μάθετε πως επεξεργάζονται τα δεδομένα των σχολίων σας.

Αρέσει σε %d bloggers: