Kas greičiau pirmąsyk susintetins sunkiausią cheminį elementą visatoje?

Oslo universiteto branduolinės chemijos profesorius Jonas Peteris Umtvedtas (Jon Petter Omtvedt) su kolegomis iš Vakarų Europos, Japonijos ir JAV eksperimentus atlieka Vokietijos Helmholco centre („GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung“), Vokietijoje. Jų konkurentė – rusų ir amerikiečių mokslininkų brigada, eksperimentuojanti Jungtiniame branduolinių tyrimų institute Dubnoje (Rusija).

„Kova – nepaprastai atkakli, - neslepia J. P. Umtvedtas. – Supersunkieji elementai yra labai nestabilūs, tad gamtoje jie neegzistuoja, o juos susintetinti yra be galo sudėtinga. Ši užduotis prilygsta atradimui kosmose to, kas dar visiškai nežinoma.“

Naujo elemento atomo susintetinimas neprilyginamas naujo cheminio elemento atradimui tol, kol rezultato nepavyksta pakartoti kuriam nors kitam tyrėjų kolektyvui. „Niekieno rezultatai nebus pripažinti, kol jų nepakartos kuri nors kita laboratorija, - patvirtina J. P. Umtvedtas. – Blogiausiu atveju, eksperimento pripažinimui galima sugaišti net ir keletą dešimtmečių.“

Kuo sunkesnis yra supersunkusis cheminis elementas, tuo ilgiau užtrunkama jį sintetinant, tuo trumpiau egzistuoja sukurtas jo atomas. Pirmajam 106-ojo cheminio elemento syborgio atomui sukurti reikėjo valandos, o toks atomas į lengvesnius elementus suskilo per 20 sekundžių. Kad būtų sukurtas bent vienas 118-ojo cheminio elemento „ununoctium“ atomas, prireikė ištiso mėnesio, o šio elemento skilimo pusperiodis (laiko tarpas, per kurį elemento sumažėja perpus) buvo 1,8 milisekundės.

Prieš dvi savaites branduolinės fizikos specialistai iš Oukridžo Nacionalinės laboratorijos (Oak Ridge National Laboratory) Tenesyje (JAV) susintetino 20 miligramų itin radioaktyvaus elemento berklio (97). Tai – žaliava konkuruojančioms mokslininkų grupėms. 119-ojo elemento besivaikančioms komandoms brangusis reagentas buvo padalintas perpus – abiems laboratorijoms buvo įteikta po 10 mg berklio. Mokslininkai berklio atomais padengtą metalo plokštelę bombarduos titano atomų srautu. Dūmoti nėra kada – berklio pusperiodis siekia 320 dienų.

„Generuoti titano atomų srautus taip pat yra nepaprastai sudėtinga, - atkreipia dėmesį norvegų mokslininkas. – Kad juos sukurtume, turime tam tikrų slaptų metodų, kurių su kitais nesidalijame.“

Pamatinis supersunkiųjų atomų sukūrimo principas nėra sudėtingas – tereikia suorganizuoti tam tikrų elementų atomų susidūrimą, kurio metu tų elementų protonai susijungs ir sudarys naujo elemento atomą. Pavyzdžiui, titano (22) protonai susijungę su berkelio (97) atomais turėtų sukurti atomą, susidedantį iš 119 protonų – 119-ąjį elementą „ununoctium“.

Tačiau techninis procedūros įgyvendinimas – labai sudėtingas. Didžiąją eksperimento laiko dalį susidūrę titano ir berklio atomai susilieja ir vieni kitus suskaldo ar iš dalies sunaikina. Tačiau itin retais atvejais, „rečiau kaip vieną sykį per mėnesį“, kaktomuša susidūrę atomai pagimdys tą šitaip geidžiamą „ununoctium“ atomą, kuris, beje, gyvuos trumpiau už akimirką.

Užregistruoti tokį retą įvykį yra didžiulis iššūkis. „Tą vienintelį atomą reikės aptikti metalinėje plokštelėje, kurioje kas sekundę įvyksta po daugiau kaip 100 tūkst. kitokių reakcijų, - pasakoja J. P. Umtvedtas. – Vienintelis būdas toje „šieno kaugėje“ aptikti ieškomos adatos atomą yra radioaktyvi spinduliuotė, kurią irimo metu išskirs retasis atomas. Jokių kitų naujojo elemento požymių neliks tą pačią akimirką, kai tik atomas suskils.“

„Galima sakyti, jog mes dirbame tiesiog ant eksperimentinių galimybių ribos, - tvirtina Oslo universiteto profesorius. – Norint tyrinėti sunkiuosius elementus, privalu eksperimentinę technologiją išgryninti praktiškai iki tobulumo ir net truputėlį daugiau.“

Parengė Saulius Žukauskas,
sauliuszukauskas01@gmail.com