Ο περιοδικός πίνακας των χημικών στοιχείων μεγαλώνει συνεχώς γιατί οι φυσικοί παράγουν όλο και πιο βαρείς ατομικούς πυρήνες. Οι βαρείς πυρήνες τείνουν να είναι πολύ βραχύβιοι, αλλά σύμφωνα με μια πολύ ενδιαφέρουσα παλιά εικασία από κάποιον ατομικό αριθμό και πέρα οι βαρύτεροι πυρήνες θα γίνουν στην πραγματικότητα ξανά πιο σταθεροί. Το μεγάλο ερώτημα ήταν το πόσο ακριβώς βαρείς πρέπει να είναι οι πυρήνες για να συμβεί αυτό. Οι φυσικοί πλησιάζουν τώρα σε αυτούς τους σταθερούς, αποκαλούμενους «μαγικούς» πυρήνες, και σε μια πρόσφατη δημοσίευση [From Spin to Pseudospin Symmetry: The Origin of Magic Numbers in Nuclear Structure], μια ομάδα ερευνητών αναφέρει ότι επιτέλους ανακάλυψε ακριβώς τον λόγο που ορισμένοι πυρήνες είναι πιο σταθεροί από άλλους.
Το μέχρι στιγμής βαρύτερο στοιχείο που προστέθηκε στον περιοδικό πίνακα είναι το Ογκανέσιο (Oganesson), το οποίο έχει ατομικό αριθμό 118. Το μόνο επιβεβαιωμένο ισότοπό του, το ογκανέσιο-294, έχει διάρκεια ζωής περίπου 0.89 χιλιοστά του δευτερολέπτου (milliseconds). Η παραγωγή βαρύτερων πυρήνων είναι κάπως ένα εξειδικευμένο ενδιαφέρον, ακόμη και μέσα σε ένα ήδη εξειδικευμένο πεδίο όπως η πυρηνική φυσική. Υπάρχουν μόνο τρία εξειδικευμένα εργαστήρια στον κόσμο, ένα στην Ιαπωνία, ένα στη Γερμανία και ένα στη Ρωσία που παράγουν υπερβαρείς πυρήνες συγκρούοντας ήδη μεγάλους πυρήνες μεταξύ τους, ελπίζοντας ουσιαστικά ότι θα κολλήσουν.
Το Ογκανέσιο ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά το 2002 στη Ρωσία και πήρε το όνομά του από τον Ρώσο φυσικό Yuri Oganessian. Αργότερα επιβεβαιώθηκε από τα άλλα εργαστήρια και προστέθηκε επίσημα στον περιοδικό πίνακα το 2015. Εν τω μεταξύ όμως, τα πειράματα έχουν βρει πειραματικές ενδείξεις για πυρήνες με ατομικό αριθμό 119 και 120, αν και δεν έχουν ακόμη επιβεβαιωθεί. Αυτό είναι συναρπαστικό επειδή υπάρχουν ορισμένες προβλέψεις που λένε ότι κάπου γύρω στον ατομικό αριθμό 120, μπορεί να ξεκινήσει η «νήσος της σταθερότητας», δηλαδή οι ατομικοί πυρήνες μπορεί να έχουν και πάλι μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Το πόσο ακριβώς θα ζουν παραμένει αρκετά ασαφές· οι εκτιμήσεις κυμαίνονται από δευτερόλεπτα έως λεπτά.
Η πρόσφατη δημοσίευση μάς δίνει τελικά μια καλή θεωρητική ερμηνεία του γιατί ακριβώς ορισμένοι πυρήνες είναι πιο σταθεροί από άλλους. Για να καταλάβετε τι έκαναν, πρέπει πρώτα να γνωρίζετε ότι οι ατομικοί πυρήνες έχουν ενεργειακά επίπεδα, ακριβώς όπως και τα ηλεκτρόνια γύρω από έναν πυρήνα. Όσο περισσότερα νετρόνια και πρωτόνια προσθέτετε στον πυρήνα, τόσο περισσότερα ενεργειακά επίπεδα γεμίζετε. Ονομάζεται πυρηνικό μοντέλο «φλοιών» και είναι παρόμοιο με το μοντέλο των ηλεκτρονικών φλοιών (στιβάδων) για τα άτομα. Τώρα, σε συγκεκριμένες τιμές, υπάρχουν κενά στο ενεργειακό φάσμα. Αυτό είναι σαν οι στιβάδες των ηλεκτρονίων να είναι «γεμάτες» σε κάποιο σημείο. Και αν υπάρχει ένα τέτοιο κενό, αυτό ουσιαστικά σημαίνει ότι είναι δύσκολο για έναν τέτοιο πυρήνα να διασπαστεί. Αυτοί οι πυρήνες είναι τότε ιδιαίτερα σταθεροί. Το ερώτημα είναι απλώς πού βρίσκονται αυτά τα κενά στο ενεργειακό φάσμα.
Στην πυρηνική φυσική οι αριθμοί 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 ονομάζονται μαγικοί. Και οι πυρήνες των οποίων ο αριθμός των πρωτονίων (Ζ) ή των νετρονίων (Ν) είναι 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 ονομάζονται μαγικοί. Οι μαγικοί πυρήνες παρουσιάζουν ασυνήθιστα μεγάλη ενέργεια σύνδεσης και γι αυτό είναι πιο άφθονοι από άλλους πυρήνες με παρόμοιους μαζικούς αριθμούς. Όμως υπάρχουν και οι διπλά μαγικοί πυρήνες των οποίων και ο αριθμός των πρωτονίων (Ζ) και ο αριθμός των νετρονίων (Ν) είναι μαγικοί αριθμοί. Τέτοια διπλά μαγικά ισότοπα είναι τα:
και
. Η έκφραση «μαγικοί πυρήνες» χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Eugene Wigner και αντανακλούσε την μη κατανόηση της προέλευσής τους ή την έλλειψη εμπιστοσύνης στο πυρηνικό μοντέλο των φλοιών της Goeppert-Mayer, πριν την δεκαετία του 1950.
Γνωρίζουμε ότι αν ένας πυρήνας περιέχει δύο, οκτώ, είκοσι, είκοσι οκτώ (και ούτω καθεξής) πρωτόνια ή νετρόνια, τείνει να είναι πολύ πιο σφιχτά δεμένος και να διασπάται λιγότερο εύκολα. Αυτοί οι αριθμοί ονομάζονται «μαγικοί αριθμοί». Αυτοί οι μαγικοί αριθμοί δεν εμφανίζονται μόνο στις ιδιότητες των πυρηνικών ισοτόπων, αλλά παίζουν επίσης ρόλο στο ποιοι πυρήνες παράγονται και σε ποιες ποσότητες κατά την διάρκεια εκρήξεων υπερκαινοφανών αστέρων (σουπερνόβα). Το ζήτημα είναι ότι οι θεωρητικοί φυσικοί δυσκολεύονται να εξηγήσουν γιατί ακριβώς αυτοί οι αριθμοί είναι μαγικοί. Το μοντέλο των φλοιών είναι αυτό που οι φυσικοί ονομάζουν «φαινομενολογικό» μοντέλο. Που σημαίνει ότι υπάρχουν κάποιες παραμέτρους οι οποίες προσδιορίζονται βάσει πειραματικών μετρήσεων. Αυτό λειτουργεί πολύ καλά όταν πρόκειται για παρεμβολή (interpolation). Το πρόβλημα είναι ότι δεν μπορούμε να εμπιστευτούμε την προέκταση (extrapolation). Και αυτό είναι ακριβώς που θέλουμε να κάνουμε· θέλουμε να μάθουμε πού βρίσκονται οι επόμενοι μαγικοί αριθμοί, πού βρίσκεται η «νήσος της σταθερότητας», όπως την ονομάζουν οι πυρηνικοί φυσικοί. Αυτή η νήσος της σταθερότητας έχει μετατοπιστεί πολλές φορές την τελευταία δεκαετία, ένα σίγουρο σημάδι ότι τα φαινομενολογικά μοντέλα δεν επαρκούν για αυτή την αποστολή.
Οι συγγραφείς της νέας έρευνας προτείνουν τώρα έναν πραγματικά κομψό, από πρώτες αρχές (ab initio) υπολογισμό. Ξεκίνησαν με ένα μοντέλο πρωτονίων και νετρονίων που αλληλεπιδρούν με τρόπο που συνάδει με τις συμμετρίες της ισχυρής πυρηνικής δύναμης. Όμως, ο άμεσος υπολογισμός της πυρηνικής δομής από αυτές τις δυνάμεις είναι εξαιρετικά περίπλοκος. Έτσι, απλοποιούν αυτές τις εξισώσεις δίνοντας ιδιαίτερη προσοχή στο πώς αλληλεπιδρούν τα νουκλεόνια (τα σωματίδια του πυρήνα) ανά τρία, και πώς το συνδυασμένο σπιν τους συμβάλλει στο ενεργειακό φάσμα. Κι αυτό ταιριάζει αρκετά καλά με τις παρατηρήσεις! Στην εργασία τους δεν έχουν υπολογίσει ακριβώς πού βρίσκεται η νήσος της σταθερότητας με τους επόμενους «μαγικούς πυρήνες», αλλά αυτό είναι μάλλον το επόμενο προφανές βήμα που θα κάνουν.
Φανταστείτε αν κάποια μέρα καταφέρουμε να παράγουμε υπερβαρείς πυρήνες που θα είναι πραγματικά ή σχεδόν σταθεροί. Αυτοί θα μας επέτρεπαν να δημιουργήσουμε εντελώς νέα είδη υλικών που απλά δεν υπάρχουν στη φύση – αν και κάτι τέτοιο αγγίζει τα όρια της επιστημονικής φαντασίας. Γιαυτό οι περισσότεροι φυσικοί θα σας έλεγαν ότι αυτό δεν είναι δυνατό. Αλλά, αν δεν κατανοούμε πλήρως την θεωρία της πυρηνικής δομής, πώς ξέρουμε αν είναι δυνατό ή όχι;
Σε κάθε περίπτωση, το μόνο σίγουρο είναι πως αν οι φυσικοί βρουν ποτέ τη νήσο σταθερότητας, οι καθηγητές χημείας θα χρειαστούν έναν πολύ μεγαλύτερο περιοδικό πίνακα!
διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες:
1. This Calculation Could Change The Periodic Table –
https://backreaction.blogspot.com/2026/04/this-calculation-could-change-periodic.html
2. Αποκαλύπτοντας την πυρηνική μαγεία
Κατηγορίες:ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ, ΧΗΜΕΙΑ
physicsgg 
Σχολιάστε