پژوهشگران توانسته‌اند سنگين‌ترين هسته اتمي را با دقتي عالي، همانند تعيين جرم انسان 100 كيلوگرمي به دقت ميلي‌گرم، وزن كنند. با بهبود روش‌هاي تعيين جرم مي‌توان به كشف عناصر سنگين جزيره پايداري اميد داشت.
 

مجيد جويا: با دقيق‌تر شدن اندازه‌گيري جرم در مقادير بسيار ناچيز، مي‌توان به كشف عناصر سنگيني اميد داشت كه نيمه عمر كوتاهي نداشته باشند.

به گزارش نيچر، پژوهش‌گران به تازگي توانسته‌اند با استفاده از يك تله ويژه، 3 ايزوتوپ از عنصر بسيار سنگين نوبليوم را به دام بياندازند و جرم آن را نيز اندازه‌گيري كنند. نوبليوم، سنگين‌ترين عنصري است كه تاكنون وزن آن به طور مستقيم اندازه‌گيري شده است.

اين اندازه‌گيري‌ها، يك گام بسيار مهم رو به جلو در مسير كشف «جزيره پايداري» به شمار مي‌روند؛ عبارتي كه به كلاس كوچكي از عناصر سنگين‌وزن هنوز كشف‌نشده‌اي اشاره دارد كه فيزيك‌دانان اميدوارند بتوانند به مدت چند دقيقه، يا چند روز، و يا حتي چندين سال پايدار بمانند. نتايج اين تحقيق كه به سرپرستي مايكل بلاك، فيزيك‌دان اتمي و عضو هيات‌علمي مركز پژوهش‌هاي يون‌هاي سنگين هلمهولتز جي.‌اس.‌آي واقع در دارمشتات آلمان انجام شده و مشروح آن، هفته گذشته در نيچر منتشر شد؛ هم‌چنين به اصلاح تعاريف فعلي از سنگين‌ترين اتمي كه تاكنون ساخته شده نيز كمك خواهد كرد.

تعيين جرم دقيق اتمي يك عنصر فوق سنگين به هيچ وجه كار آساني نيست، فيزيك‌دانان تاكنون تنها مي‌توانستند جرم عناصر سنگين را به طور غير مستقيم تخمين بزنند. هسته‌هاي سنگين معمولا به‌سرعت شكسته مي‌شوند و هسته‌هاي فرزند و نوه‌اي به وجود مي‌آورند كه با افزودن جرم و انرژي آنها، مي‌توان جرم و انرژي هسته اوليه را تعيين كرد.

ولي جرم يك هسته سنگين، چيزي بيشتر از مجموع جرم اجزاي آن است. دليل اين امر هم اين است كه انرژي پيوندي كه پروتون‌ها و نوترون‌هاي هسته را در كنار هم قرار مي‌دهد، با جرم آن مرتبط است. همان‌طور كه آلبرت اينشتين در فرمول معروف E = mc² پيش‌بيني كرده بود، اين دو قابل تبديل به هم هستند. تخمين‌هاي غيرمستقيم از جرم اتم، معمولا نمي‌توانند اين انرژي پيوند را به درستي محاسبه كنند.

رويكرد شاتگان!
بلاك و همكارانش براي اندازه‌گيري مستقيم جرم اين عناصر فوق سنگين، ابتدا نياز داشتند كه آنها را توليد كنند. براي اين كار، آنها از يك شتاب‌دهنده استفاده كردند كه اتم‌هاي كلسيوم را به هدفي از جنس سرب شليك مي‌كرد. در موارد نادري، اين هسته‌هاي اتمي با هم برخورد مي‌كردند و طي فرآيند همجوشي هسته‌اي، هسته‌اي سنگين‌تر را مي‌ساختند. تقريبا يك بار در هر ثانيه، شتاب‌دهنده يك ايزوتوپ از اتم نوبليوم را توليد و آن‌را آشكار مي‌كرد. اين اتم مصنوعي بسته به تعداد نوترون‌هايي كه داشته باشد، مي‌تواند تنها به مدت چند هزارم ثانيه، و يا براي دقايق متمادي دوام بياورد.

هنگامي كه پژوهشگران نوبليوم را توليد كردند، بايد به سرعت آن را از هزاران ميليارد اتم ديگري كه از هدف سربي عبور كردند، جدا كنند. براي انجام اين كار، گروه از يك تركيب ويژه ميدان‌هاي الكتريكي و مغناطيسي استفاده كرد كه به نوبليوم اجازه مي‌داد بدون مشكل عبور كند، در حالي كه ديگر اتم‌هاي سبك‌تر و سريع‌تر از منحرف مي‌كرد. سپس با عبور اتم سنگين نوبليوم از سلول‌هايي كه با گاز نجيب هليم پر شده بودند، از سرعت آن كاسته مي‌شد. در نهايت، جرم نوبليوم در درون يك تله پنينگ اندازه‌گيري مي‌شد، ابزاري است كه از ميدان‌هاي الكتريكي و مغناطيسي استفاده مي‌كند تا اتم نوبليوم را در مداري دايروي به حركت وادارد. با اندازه‌گيري شعاع و سرعت دوران اتم، مي‌توان به طور مستقيم جرم اتم را اندازه‌گيري كرد.

مشكلات سنگين‌وزن
بلاك مي‌گويد: «با استفاده از اين روش، ما توانستيم دقت اندازه‌گيري جرم را تا حد خيلي زيادي ارتقا بخشيم. اين تله مي‌تواند جرم يك اتم را با دقتي برابر با اندازه‌گيري جرم يك انسان صد كيلوگرمي در ابعاد ميلي‌گرم اندازه بگيرد. در مورد يك ايزوتوپ، يعني نوبليوم 253، اندازه‌گيري اخير تا پنج برابر دقيق‌تر از تخمين‌هاي قبلي است».

رالف ديتمار هرزبرگ، دانشمند فيزيك هسته‌اي در دانشگاه ليورپول انگلستان، تا حدي تحت تاثير اين روش اندازه‌گيري قرار گرفته كه نتايج آن را از ديوار آزمايشگاهش آويزان كرده ست. او مي‌گويد: «قطعا اين يك كار خيلي خيلي خوب است».

اندازه‌گيري دقيق جرم عناصر شناخته‌شده‌اي مانند نوبليوم مي‌تواند دانشمندان را قادر سازد تا پژوهش‌هاي خود را براي يافتن عناصر سنگين‌تر بهبود ببخشند، مانند آنهايي كه تصور مي‌شود جزو مجموعه جزيره پايداري باشند. اين محدوده از جدول هسته‌اي (كه در آن به جاي تعداد پروتون‌ها تعداد نوترون‌ها نوشته شده است)، جاي عناصري است كه خيلي خيلي سنگين‌تر از هر چيز ديگري است كه تاكنون ديده شده است. كار اخير دانشمندان را قادر مي‌سازد تا چنين اجرامي را بدون روبرو شدن با مشكلات محاسبه جرم هسته‌هاي «فرزند» و «نوه» هسته اصلي، خيلي دقيق‌تر محاسبه كنند.

تصور مي‌شود كه برخي از هسته‌ها در جزيره پايداري براي چندين سال و يا حتي بيشتر از آن نيز پايدار بمانند، كه به اين معني است كه آنها را مي‌توان براي مدت‌هاي طولاني ذخيره كرد؛ امري كه در صورت تحقق آن مي‌توان آينده‌اي را متصور شد كه در آن سوخت‌هاي هسته‌اي بسيار كارامد براي سفر به اعماق فضا در دسترس بشر قرار گيرد.

ولي هرزبرگ بر اين باور است كه اين كار حتي براي آينده نزديك باارزش است. به گفته او، نظريه كنوني هسته‌اي نمي‌تواند به طور دقيق اجرام ساختارهاي هسته‌اي سنگين‌ترين عناصر را پيش‌بيني كند. اندازه‌گيري مستقيم به بهبود آن كمك مي‌كند و براي مثال مي‌تواند با مشخص كردن ساختار هسته‌هاي در حال فروپاشي، به يافتن روش‌هاي كارامدتر براي خلاص شدن از شر زباله‌هاي هسته‌اي هم كمك كند.

منبع:خبرآنلاين