Yếu tố siêu nặng - phát hiện hay sai lầm?

13

Yếu tố siêu nặng - phát hiện hay sai lầm?

Vào giữa tháng 6 năm 1976, báo chí ở nhiều quốc gia khác nhau đưa tin rằng một nhóm các nhà khoa học Mỹ, bao gồm các nhà vật lý, nhà hóa học và nhà địa chất, đã phát hiện ra dấu vết của các nguyên tố siêu nặng trong các vi hạt của tinh thể monzaite, chúng sẽ xuất hiện ở vị trí 116, 124 và 126 trong bảng tuần hoàn! Các phóng viên đề cập đến bài phát biểu của Paul Dirac, một trong những người sáng tạo ra cơ học lượng tử, trong một hội nghị khoa học. Vào ngày 5 tháng 7, một bài báo khoa học về phát hiện này đã xuất hiện trên tạp chí Physical Review Letters của Mỹ.

Nhưng tin nhắn này có thể được tin cậy ngay lập tức? Rốt cuộc, nghiên cứu hoàn hảo về các nguyên tố siêu nặng đã diễn ra trong một thời gian dài và cần phải kiểm tra rất cẩn thận tất cả các cách giải thích có thể có về kết quả thu được để khám phá này là đúng.

Câu chuyện đang diễn ra trước mắt chúng ta minh họa rất rõ sự khó khăn như thế nào để chứng minh độ tin cậy của một khám phá khoa học được thực hiện ngay trong thời kỳ hưng thịnh của thiết bị vật lý hiện đại.

Sẽ mất thêm thời gian cho đến khi có câu hỏi “phát hiện hay sai sót?” cuối cùng có thể được trả lời. Hiện tại, chúng ta chỉ có thể nói về bản thân quy trình bao gồm những gì và điều gì cho phép các nhà thí nghiệm nghi ngờ sự tồn tại của các nguyên tố mới trong mẫu đá của họ.

Kết thúc bảng tuần hoàn

Trong bảng tuần hoàn, ô số 92 là nguyên tố cuối cùng có thể tìm thấy trong tự nhiên - uranium.

Các nhà vật lý đã nhận được nhiều nguyên tố mới trong phòng thí nghiệm - danh sách của họ hiện mở rộng hơn 10 ô ngoài uranium. Các nguyên tố 93 (neptutic) và 94 (plutonic), thu được từ uranium sau khi bắt neutron và phân rã β sau đó, thu được trong những năm đầu phát triển năng lượng hạt nhân. Các nguyên tố tiếp theo thu được sau khi bắt giữ neutron nhiều lần bằng mẫu, đặt trong lò phản ứng nguyên tử hoặc bằng cách bắn phá các nguyên tố nặng bằng hạt nhân nhẹ hơn bằng máy gia tốc. Các nhà vật lý sẽ thấy rằng trong những năm tới thậm chí sẽ có thể thấy được điều gì xảy ra khi hai hạt nhân uranium va chạm nhau.

Tại sao bảng tuần hoàn được công bố? Hạt nhân nặng có quá nhiều ô nhiễm điện; chúng có quá nhiều proton. Lực đẩy điện mạnh đến mức hạt nhân tự phân chia. Tất nhiên, lực hạt nhân tác dụng giữa tất cả các hạt của hạt nhân, giúp chúng không bị co lại, tuy nhiên, đối với hạt nhân có số lượng proton lớn, lực đẩy điện hóa ra lại mạnh hơn.

“Những con số kỳ diệu”

Từ lâu, người ta đã phát hiện ra rằng khi số lượng neutron hoặc proton trong hạt nhân bằng một trong những con số được gọi là số “ma thuật”, chẳng hạn như 20, 56, 82, thì những hạt nhân như vậy sẽ ổn định hơn những hạt nhân lân cận của chúng. Từ những thông điệp mang tính lý thuyết

14

Theo đó, các con số “ma thuật” cũng phải là 114 và 126. Do đó, một số nhà khoa học cho rằng có thể tồn tại những hạt nhân rất tinh khiết với các chất ô nhiễm như vậy, mặc dù thực tế là những hạt nhân có ít chất ô nhiễm hơn thì phân rã rất nhanh.

Tất nhiên, độ ổn định của những hạt nhân như vậy không phải là tuyệt đối, chẳng hạn như hạt nhân của sắt hoặc vàng. Nhưng nếu nhà vật lý tăng nó lên và thời gian tồn tại của những hạt nhân như vậy hóa ra là khoảng một tỷ năm, thì chúng thậm chí có thể tồn tại trong tự nhiên, chẳng hạn như trong một số khoáng chất cũ.

Nhưng làm thế nào họ có thể đến được đó?

Quan điểm của chúng tôi về nguồn gốc của các nguyên tố liên kết với ý tưởng về sự xuất hiện dần dần của các nguyên tố ngày càng nặng hơn do sự bắt giữ neutron. Những quá trình như vậy đã xảy ra ở giai đoạn đầu trong quá trình phát triển của Vũ trụ và có lẽ bây giờ sẽ xảy ra trong lõi của thiên hà và bên trong các ngôi sao. Nhưng việc bắt giữ tuần tự các neutron không thể biến hạt nhân uranium thành hạt nhân siêu nặng có điện tích 114 hoặc 126 - bằng cách này, không thể nhảy qua vùng của các nguyên tố có số sê-ri 100-110, không thể thu hẹp khoảng cách giữa “đại lục” của hạt nhân thông thường và “hòn đảo ổn định”. Tuy nhiên, nếu hạt nhân từ hòn đảo ổn định được phát hiện thì câu hỏi làm thế nào một hòn đảo như vậy hình thành sẽ trở nên rất phù hợp.

Cuộc thí nghiệm

Đó là lý do tại sao sự tồn tại của các nguyên tố siêu nặng trong tự nhiên vấp phải sự hoài nghi của nhiều nhà khoa học. Tuy nhiên, nó không thể chứng minh rằng chúng không tồn tại trong tự nhiên. Kinh nghiệm là cần thiết.

Trong các thí nghiệm được đề cập ở phần đầu, các nguyên tố siêu nặng đã được tìm kiếm trong các mẫu mica rất cũ có chứa các vi tinh thể monazite. Những vi tinh thể này chứa hạt nhân thori và uranium phóng xạ. Các hạt alpha thoát ra từ các hạt nhân này bị ép vào mica, tạo ra các gallos hình cầu (quả cầu tối), đi qua những nơi chúng gây ra nhiều tổn hại nhất cho nguyên tử mica. Một số tàu có bán kính lớn hơn bình thường, cho thấy sự phát xạ của các hạt alpha năng lượng cao (lên tới 14 triệu volt). Chính ở những nơi này, các yếu tố dân túy mới đã được du nhập.

Một chùm proton rất mỏng có năng lượng 4,7-5,7 triệu electron volt, có đường kính ~ 30 micron, được tạo ra trong cyclotron. Chùm tia này bắn vào nơi mà họ hy vọng có thể phát hiện ra các nguyên tử của các nguyên tố siêu nặng - trung tâm của phi thuyền. Các proton phải đánh bật các electron ra khỏi lớp vỏ bên trong của các nguyên tử này. Trong trường hợp này, các electron từ các lớp ở xa hạt nhân hơn sẽ di chuyển đến những chỗ trống, phát ra tia X. Biết được năng lượng của tia X, người ta có thể tính được điện tích của hạt nhân.

Tia X thu được theo cách này cho thấy sự có mặt của các nguyên tố 116*) và 126 (và nhỏ hơn 124) trong các mẫu. Nhưng cường độ của tia X cực kỳ thấp và cần có những thí nghiệm mới, thậm chí chính xác hơn, “có thể xác nhận hoặc bác bỏ dấu hiệu của các nguyên tố siêu nặng” (đây là trích dẫn từ bài báo).

Nếu chúng ta xem xét việc giải thích các thí nghiệm một cách chính xác thì chúng ta có thể ước tính rằng các mẫu chứa vài trăm picogram (1,ne=10⁻¹² e) của các nguyên tố siêu nặng. Và sau đó chúng ta sẽ sớm tìm hiểu về tính chất của những nguyên tố mới này.

*) Và không phải 114 như các nhà lý thuyết dự đoán.