2019 m. sueis 150 metų nuo tada, kai Dimitrijus Mendelejevas suformulavo periodinės elementų sistemos principus. Šia proga 2019-ieji buvo paskelbti Tarptautiniais periodinės cheminių elementų lentelės metais. Nors sulaukusi garbingo amžiaus, ši lentelė tebeauga. Štai 2016 m. į ją buvo įrašyti keturi nauji elementai: nihonis, moskovis, tenesinas, ir oganesonas. Jų atominiai skaičiai, apibrėžiantys protonų skaičių branduolyje, chemines savybes ir vietą periodinėje elementų lentelėje, yra 113, 115, 117, ir 118.
Keturių naujausių elementų patvirtinimui prireikė dešimčių metų ir viso pasaulio mokslininkų pastangų. Nepaisant to, vis tiek kyla klausimas: kiek dar ši lentelė gali plėstis? Kai kuriuos atsakymus į šį klausimą naujausiame „Nature Physics Perspective“ numeryje atsako Mičigano valstijos universiteto fizikos profesorius ir Retųjų izotopų spindulių įrenginio vyriausiasis mokslo darbuotojas Witekas Nazarewiczius.
Visi elementai, kurių branduolyje yra daugiau nei 104 protonai, yra vadinami „supersunkiais“ ir priklauso plačiai, visiškai neištirtai sričiai, kurią mokslininkai vis dar stengiasi perprasti. Teoriškai branduolius galėtų sudaryti 184 protonai su daugybe neutronų, o fiziškai gali egzistuoti atomai, kurių branduolyje yra 172 branduolinėmis sąveikomis laikomi protonai. Ši jėga neleidžia jiems suirti, tačiau tik sekundės daliai.
Šie laboratorijose išgauti branduoliai yra labai nestabilūs, ir vos susiformavę suyra. Sunkesniems nei oganesonas elementams tai gali nutikti taip greitai, kad jie net nespės pritraukti elektronų ir suformuoti atomo. O tai reiškia, kad visą savo gyvavimo laikotarpį jie praleis kaip protonų ir neutronų sankaupa.
Jei tai įvyktų, mokslininkams tektų keisti patį atomo suvokimą ir apibrėžimą. Jis nebegalėtų būti apibrėžiamas kaip centre esantis branduolys su aplink jį skriejančiais elektronais, panašiai kaip kad planetos skrieja aplink Saulę.
Jei kai kurie supersunkieji branduoliai būtų pakankamai stabilūs, kad spėtų prisitraukti elektronus, jų savybės būtų keistos. Vienoje vietoje susikaupę protonai sukelia stiprią elektrostatinę jėgą, kuri gali ne tik apsunkinti elektronų kelionę į savo orbitas, bet ir sukuria vadinamuosius Kulono trikdžius.
Paprastai atomo paviršiaus energijos pakanka sferiškos formos sudarymui. Bet Kulono trikdžiams išaugus pakankamai, branduoliuose susiformuoja jų stabilumui kenkiantys pūpsniai ir tuštumos.
Dėl šiuose sunkiuose branduoliuose pasireiškiančių kvantinių ir realiatyvistinių efektų mišinio darosi sunku numatyti jų savybes. Pavyzdžiui, branduolys priklauso inertinių dujų grupei, tačiau dėl išskydusio išorinio elektronų sluoksnio jis yra aktyvesnis už šias dujas, o dėl savo stambumo kambario temperatūroje vargu ar apskritai taptų dujomis.
Žinoma, ar tokie branduoliai iš viso gali susiformuoti – vis dar lieka paslaptimi. Mokslininkai lėtai, bet užtikrintai sintetizuoja elementus nežinodami, kokie jie bus – ir kur yra jų pabaiga. 119 elemento paieškos vyksta keliose laboratorijose, iš kurių svarbiausios yra Jungtinis branduolinių tyrimų institutas Rusijoje, GSI Vokietijoje ir RIKEN Japonijoje.
„Branduolių teorija negali patikimai aprašyti, kokios yra optimalios jų sintezavimo sąlygos, tad belieka spėlioti ir vykdyti sintezės eksperimentus, kol ką nors rasime. Tai gali trukti ne vienerius metus,“ – teigia W.Nazarewiczius.
Naujausiame retųjų izotopų spindulių įrenginyje – bent jau dabartiniame – supersunkių elementų kurti nesiruošiamia, tačiau jis gali padėti išsiaiškinti, kokios reakcijos turėtų būti naudojamos tam, kad praplėstume dabartinių eksperimentų metodų ribas. Jei 119 elementas bus patvirtintas, lentelė bus papildyta aštuntuoju periodu.
„Atradimas gali būti jau greitai. Galbūt dabar ar po kelerių metų. Eksperimentai vyksta“, – sako W.Nazarewiczius.
Manoma, kad supersunkieji elementai galėtų susidaryti kosmose. Tik problema, kad šie sunkūs branduoliai yra tokie nestabilūs, jog suyra daug anksčiau, nei spėja prisijungti neutronų ir suformuoti atomą. Tai apsunkina jų atsiradimą žvaigždėse. Tikimasi, kad naudojant pažangias simuliacijas, mokslininkai sugebės išvystyti šiuos efemeriškus branduolius, atsekdami juos pagal sintezuojamus elementus
Eksperimentų galimybėms augant, mokslininkai sieks sunkiaisiais elementais papildyti periodinę lentelę – bet kol kas jie gali tik spėlioti apie šių sistemų pritaikymo galimybes.
„Nežinome, kaip jie atrodys, ir tai yra pagrindinis iššūkis – bet tai, ką iki šiol sužinojome, gali reikšti mums pažįstamos periodinės lentelės pabaigą“, – pažymi W.Nazarewicz.
