Ловци на елементи - списание National Geographic Romania
Одамна се откриени сите хемиски елементи во природата - различните видови атоми. Во денешно време, за да поминете нова во катастафа и да ги натерате границите на материјата, прво мора да ја создадете.
Текст: Роб Дан
Фото: Макс Агилера-Хелвег
Минатата година, на 22 октомври, во 9:29 часот, во лабораторијата на Јуриј Оганесијан во Дубна, северно од Москва, заgвони вонче. Во тесен лавиринт, одделен со полици со книги и табли за пишување, 12 нуклеарни физичари седеа на нивните работни места полни со купишта хартија или пакување храна. На другиот крај од просторијата, обновен, но преподобен циклотрон, фрли атоми на калциум на парче фолија со брзина од 108 милиони километри на час. Theвончето објави дека еден од судирите успеал: се родил нов атом. Во тоа време, тој беше единствениот атом на Земјата од елементот 117 - и само 19-от што некогаш постоел. Другите исто така беа создадени во оваа лабораторија, но сите тие брзо исчезнаа. По дел од секундата, тој исчезна.
Дубна, град на Волга, е основана во шума како нов град на научници по Втората светска војна. Георги Флеров, кој помогна во започнувањето на програмата за нуклеарно оружје на Советскиот Сојуз, ја постави лабораторијата, која подоцна ја презеде Оганесијан. На почетокот на војната, Флеров забележал дека протокот на написи за радиоактивните елементи напишани од американски и германски истражувачи нагло запрел. Тој се сомневаше дека работат на атомска бомба и му пиша на советскиот водач Јосиф Сталин во април 1942. Сталин исто така им зададе на руските физичари задача да направат атомска бомба. За својата улога, Флеров беше награден со автомобил, куќа за одмор (дацеа) и што е најважно, лабораторија во Дубна. Таму тој се фокусираше на лов на нови хемикалии.
Сè што знаете и сакате на Земјата, како и сè што не знаете, е составено од хемиски елементи - разни видови атоми. Тие се стари милијарди години, повеќето од нив и се расфрлани во вселената од Големата експлозија или експлозивни starsвезди, а потоа се вметнати во новороденчето Земја и се рециклираат на неодредено време, од карпа до бактерии, до претседател или до верверица На крајот на 19 век, друг Русин, Дмитриј Менделеев, се обиде да ги среди сите, групирајќи ги според табелата и другите атрибути во неговиот периодичен систем. Подоцна, научниците го поврзаа редоследот утврден од Менделеев со структурата на атомите. Секој елемент доби број: бројот на протони во јадрото.
До 1940 година, истражувачите открија сè што е издржливо и античко на Земјата, до ураниум, елемент 92. Тие ги завршија сите празнини што ги остави Менделеев во неговата маса. Но, тие не ја завршија својата мисија. Надвор од ураниум, се отвора цел свет на можности - елементи што се премногу радиоактивни и нестабилни за да преживеат милијарди години. За да го истражите овој свет, прво мора да го создадете.
Првите чекори на овој креативен процес се сменија повеќе од периодичниот систем. Во 1941 година, откако Глен Сиборг и неговите колеги од Универзитетот во Калифорнија, Беркли, го произведоа елементот 94, плутониум, Сиборг веднаш беше регрутиран за проектот Менхетен. Флеров беше во право. Откако помогна да се изгради плутониумската бомба што беше фрлена врз Нагасаки, Јапонија, за да се стави крај на војната, Сиборг се врати во Беркли. Тој продолжи да создава нови елементи, со помалку драматични апликации - на пример, за детектори на чад - па дури и без нив. До 1955 година, неговиот тим веќе ја достигна точка 101. Сиборг го именуваше Менделеев.
Некое време се чинеше дека табелата на Менделеев може да заврши таму, со елементот што го носи неговото име. Протоните во атомско јадро секогаш се обидуваат да го разградат; нивните позитивни електрични полнежи се одбиваат едни со други. Неутроните - електрично неутрални честички што се побројни од протоните - помагаат во одржувањето на кохезијата на јадрото. Но, оваа сила на врзување работи само на екстремно кратки растојанија и брзо слабее со зголемувањето на големината на јадрото. Затоа, мора да има последна кутија со периодичниот систем, максимална големина, над која атомот повеќе не би бил стабилен дури ни за мал период, како еден вид хемиски ефемери. Со менделеев, кој има полуживот од 51,5 дена, се чинеше дека истражувачите стигнале до крајот.
Сепак, тимот на Беркли ги продолжи своите напори, а исто така и ривалството со лабораторијата за нуклеарни реакции на Флеров, во рамките на Заедничкиот институт за нуклеарни истражувања, во Дубна. Помеѓу 1965 и 1974 година, Беркли тврди дека произвел предмети 102, 103, 104, 105 и 106 - како тимот на Дубна. Сите овие ефемери починале за само неколку часа. Спорот околу тоа кој прв ги создаде еволуираше лошо, веројатно се влоши со Студената војна. На крајот, беше постигнат компромис: елементот 105 се нарекуваше дубниум, а елементот 106 - морски спор. Нуклеарната војна беше избегната.
Во меѓувреме, теоретичарите најдоа нова цел за овие напори. Многу големо јадро може да биде изненадувачки стабилно - тие одлучија - доколку има „магични броеви“ на протони и неутрони - доволно само за да ги пополни дискретните слоеви што ги зафаќаат овие честички. Оваа идеја, ако се докаже точна, ќе промени сè. Тоа значеше дека можеби, само можеби, имаше еден „остров на стабилност“ надвор од хоризонтот, каде што страшно тешките елементи, со 114, 120 или 126 протони, успеаја да издржат неколку минути, недели или дури илјадници години. Овој маглив сон за можен нов свет одеднаш го направи целото пребарување многу попривлечно. Тогаш, Оганесијан се приклучи на лабораторискиот тим на Флеров.
Една вечер минатата есен во Дубна, јас и мојот преведувач тропнавме на вратата од скромната куќа на Оганесијан на улицата Флеров. Тешки облаци од снег висеа над нашите глави. Врани скокаа по уличните светла. Оганесијан ни даде влечки, а потоа не одведе во неговата дневна соба, каде што истури чај. После чајот, испив кафе, а потоа домашно вино од Ерменија. Зборувавме за американската народна музика, за нашите деца и за местата каде што секој патувал. По некое време, се вратив на напорите на Оганесијан да го пронајдам островот на стабилноста.
Во неговата младост, кога овој остров прв ја освоил неговата фантазија, се чинело како невозможен сон. Лабораториите во Беркли и Дубна го достигнаа елементот 106 со проектирање лесни јадра на тешки јадра со толку големи сили што тие се споија во едно супертешко јадро. Но, над 106 година, судирите произведоа толку многу енергија што го разбија јадрото пред да се формира. Во 1974 година, Оганесијан излезе со идеја дека малку потешки проектили и малку полесни цели може да доведат до полесен и затоа поефикасен судир. Лабораторија во Дармштад, Германија, ја презеде идејата и ги создаде елементите од 107 до 112 година. Theе траеше уште една четвртина век до големиот ден на Оганесијан.
Лабораторијата во Дубна минуваше низ тешки моменти. Флеров почина во 1990 година. Советскиот сојуз пропадна во 1991 година. Лабораторијата работеше со месеци без да може да им плаќа на истражувачите, кои живееја со берење печурки од шумата и риболов во Волга. Во тоа време, Оганесијан стана шеф на операцијата. Можеше да одлучи лабораторијата да се занимава со попрактични работи. Но, тој одлучи дека целиот негов тим треба да се фокусира на добивање на елементот 114 - најблискиот брег до неговиот остров на стабилност.
За да се создаде елементот 114, Оганесијан би проектирал атоми на калциум (со 20 протони) на атоми на плутониум (со 94). Неговиот циклотрон би можел да се справи со овој процес. Но, потребни биле ретки изотопи на калциум и плутониум, кои имале доволно дополнителни неутрони за да формираат врски со 114 протони. Оганесијан ги убеди американските физичари од Националната лабораторија Лоренс Ливермор во Калифорнија - кои беа негови ривали пред само неколку години - да му дадат 20 милиграми плутониум. Неговиот план беше да проектира зрак на атоми на калциум, една десетина од брзината на светлината, на циклотрон на фолија покриена со скапоцениот плутониум. Меѓу милијардите атоми испрскани од другата страна на фолијата - што беше потенок од влакната - Оганесијан очекуваше да добие најмногу еден атом од 114. Заедно, неговиот тим и Ливермор измислија нов детектор за најдете.
Тие го пуштија циклотронот во употреба во ноември 1998 година. Авионот мораше да се следи дење и ноќе. „Да беше човек, овој циклотрон ќе беше многу стар“, ми рече лабораториски техничар. На крајот на ноември, циклотронот произведе единствен атом од елементот 114. Траеше само неколку секунди - но сепак беше илјадници пати подолг отколку што се очекуваше доколку нема остров на стабилност, плус докажано дека методот на калциум работел. Оттогаш, Дубна и другите лаборатории добија елементи 115, 116, 117 и 118, како и изотопи со различен број на неутрони. Тие сè уште не се приближиле премногу до врвот на островот, каде некој елемент би можел да ги издржи годините. Но, тие излегоа на брегот кога Оганесијан прв го доби елементот 114, за кој сонуваше со децении.
Минатата пролет, тој беше официјално примен во периодичниот систем, под името флеровиу (елементот 116 беше наречен ливермориум). Неколку месеци подоцна, на улицата Флеров, се наведнав над масата и си поставив прашање: на 80-годишна возраст, Оганесијан не сакаше да се повлече и да ужива во тивок и наградувачки живот.?
„Го открив островот“, одговори тој. Сега е време да го истражиме, да прошетаме по неговиот западен брег. “Треба да се разбере како се однесуваат новите елементи - независно и како реакција на другите. Некој треба да најде начин да го испумпува магичниот број на неутрони, односно 184, за да го достигне врвот на островот. Треба да се открие дали има и други врвови за елементите 120 или 126. Во моментот, сите овие цели изгледаат скоро невозможни. Но, Оганесијан сè уште не планира да се пензионира.
Оваа статија се појави во мај 2013 година во списанието National Geographic Romania.