יסודות חדשים סופר-כבדים נוצרו במאיץ חלקיקים

חוקרים בארה”ב יצרו גרסאות מוגדלות של גרעיני אטומים. קיומו של אחד מהגרעינים לא אמור להיות אפשרי, לפי התיאוריה העכשווית

חוקרים מאוניברסיטת מישיגן, במעבדה לחקר באמצעות ציקלוטרון מוליך-על, הצליחו ליצור שלושה איזוטופים חדשים של מגנזיום ואלומיניום. תוצאות אלו מציבות למעשה 'עובדות בשטח' המעידות על היכולת ליצור אטומים כבדים יותר משהמודלים המדעיים כיום צופים. תוצאות המחקר הופיעו במגזין Nature היוקרתי, ב- 24 לאוקטובר, 2007.
הגרעינים החדשים נוצרו ע”י האצת אטומים למהירות עצומה – חצי ממהירות האור (540,000,000 קמ”ש) – וריסוקם אחד לתוך השני. דרך אחרת ליצירת גרעינים כבדים, המתרחשת ביקום כל העת, היא בתהליכי היתוך בתוך ליבות כוכבים.
“מהרגע שמדע הגרעין הפך לתיאוריה מקובלת, מדענים ניסו לקבוע אילו איזוטופים יכולים להתקיים בטבע,” אמר דייב מוריסיי, פרופסור לכימיה באוניברסיטת מישיגן ואחד מכותבי המאמר. “התוצאה שהשגנו מראה שניתן למתוח את גבולות היציבות של החומר יותר משציפינו בעבר. למעשה, זה מראה לנו כמה אנחנו עוד לא יודעים לגבי גרעין האטום.”

ניוטרונים, פרוטונים ואיזוטופיםגרעין האטום מורכב משני סוגי חלקיקים – פרוטונים וניוטרונים. לכל אטום יש מספר קבוע של פרוטונים, אך מספר הניוטרונים שברשותו יכול להשתנות. איזוטופים הם אטומים מאותו יסוד (בעלי מספר פרוטונים קבוע), אך בעלי מספר ניוטרונים שונה.
קיימים ארבעה כוחות יסודיים, שביחד מסוגלים לתאר את פעולות הגומלין בין כל החומר ביקום. מתוך הארבעה, הכוח הגרעיני החזק הוא זה ששומר על הפרוטונים והניוטרונים בתוך הגרעין. ארבעת הכוחות היסודיים נתונים למחקר מעמיק ומתמיד מאז 1930.
דרך אחת ללמוד על הכוח הגרעיני החזק היא באמצעות הגדרת כמות הניוטרונים המקסימלית – המספר הגדול ביותר של ניוטרונים שניתן להעמיס על גרעין מסוים. כמות מקסימלית זו ידועה רק עבור שמונת היסודות הקלים ביותר – החל במימן וכלה בחמצן. כך שעדיין אין תשובה לשאלה הפשוטה והבסיסית – מהו האיזוטופ הכבד ביותר היכול להתקיים עבור כל יסוד. אנו יודעים את התשובה רק עבור שמונה מתוך מאה-ומשהו היסודות המופיעים בטבלה המחזורית.

ניפוץ אטומיםהחוקרים השתמשו במאיץ חלקיקים מעגלי – ציקלוטרון. הציקלוטרון מאיץ חומרים למהירויות גבוהות מאד, ואז יורה אותם על אטומים כבדים. האטומים המקוריים מתנפצים וגרעינים כבדים חדשים נוצרים משאריות המפגש ביניהם.
בעזרת טכנולוגיה זו, החוקרים באוניברסיטת מישיגן הצליחו ליצור ולהבחין בשלושה איזוטופים חדשים סופר-כבדים של מגזיום ואלומיניום :
* מגנזיום-40 עם 12 פרוטונים ו- 28 ניוטרונים

* אלומיניום-42 עם 13 פרוטונים ו- 29 ניוטרונים
* אלומיניום-43 עם 13 פרוטונים ו- 30 ניוטרונים

אלומיניום רגיל מכיל 14 ניוטרונים. בתור השוואה, קוביית אלומיניום רגיל שמשקלה קילוגרם אחד, היתה שוקלת 1600 גרם (1.6 קילוגרם) אילו היתה מורכבת מאלומיניום-43. התיאוריות הקיימות כיום טענו כי לא סביר שאלומיניום-42 יכול להתקיים.
“חוקרים ממכוני מחקר רבים מסביב לעולם חיפשו במשך זמן רב אחר האיזוטופים האלו, ובמיוחד מגנזיום-40, אך ללא הצלחה,” אמר תומאס באומן, פיזיקאי הכותב הראשי של המחקר. הוא הוסיף כי, “השלב הבא הוא לדחוף קדימה ולנסות למצוא את הגבול של קיום הגרעין, במטרה לגלות את כמות הניוטרונים המקסימלית של יסודות אלה ואחרים. לשם כך נצטרך לשדרג את המעבדה שלנו. הרעיונות והידע התאורטי והישומי כבר ברשותנו. אנחנו רק צריכים את הכסף.”

לידיעה באתר אוניברסיטת מישיגן

קישור לסרטי ראיונות של החוקרים לגבי התגלית

תמונה : פרופסור דייב מוריסיי : “הגילוי שלנו מראה כמה אנחנו עדיין לא יודעים על גרעין האטום.”

תמונה : מחברת המחקר של החוקרים, פתוחה בעמוד בו הם גילו את התגלית. מתחת לגילוי כתבו החוקרים בשמחתם כי, “עכשיו אפשר לחגוג!”