Физики впервые точно измерили массу самых тяжелых элементов
Международный коллектив ученых получил первые данные по точной массе атомов двух сверхтяжелых элементов, нихония и московия, официально признанных международным сообществом всего два года назад. Их результаты совпали с теоретическими предсказаниями, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
"Наша установка могла вырабатывать примерно один атом московия в день. При этом вероятность его захвата и успешного измерения массы составляла всего 14%. Поэтому мы надеялись, что за неделю нам удастся поймать хотя бы один сверхтяжелый элемент", - рассказывает Кен Грегорич (Ken Gregorich) из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США).
В поисках стабильности
За последние годы физики-ядерщики синтезировали несколько десятков элементов, не существующих в природе и обладающих сверхвысокой атомной массой. Многие из них были созданы в стенах Объединенного института ядерных исследований РАН в Дубне, и некоторые из них были названы в честь российских ученых - флеровий (элемент 114) и оганессон (элемент 118), а также в честь самой Дубны (дубний, элемент 105) и Московской области (московий, элемент 115).
Одним из главных следствий их синтеза в России стало открытие так называемого "острова стабильности" - особой области масс и атомных чисел в периодической таблице Менделеева, элементы которой не распадаются неожиданно долгое время. Это открытие заставило ученых предполагать, что могут существовать сверхтяжелые элементы, сохраняющие стабильность на протяжении многих дней или даже миллионов лет.
Поиски этого "острова стабильности", как отмечает Грегорич, могут быть значительно ускорены, если ученые будут точно знать массу хотя бы одного из сверхтяжелых элементов, открытых в последние годы.
Все эти вещества живут крайне недолго и формируются в мизерных количествах, из-за чего академик Юрий Оганесян, под чьим руководством было синтезировано уже более десятка сверхтяжелых элементов, и его американские коллеги были вынуждены определять их массу непрямыми способами.
Это вносит достаточно большие погрешности в замеры и не позволяет определить точное число нейтронов в этих ядрах, а также узнать их форму. К примеру, оганессон сейчас находится в промежутке между 294 и 295 атомными единицами массы. Его более легкий "кузен" нихоний, 113-й элемент периодической таблицы - может обладать массой в 286, 287 и 290 а. е. м., а также иметь большое число изотопов с подобным весом.
Ловушка для тяжеловеса
Грегорич и его коллеги ликвидировали большую часть подобных разночтений, создав установку FIONA, специально предназначенную для "прямого" измерения массы сверхтяжелых элементов. Она представляет собой небольшой ускоритель частиц, способный разгонять относительно легкие ионы металлов и сталкивать их с "мишенью" из других тяжелых элементов.
"Выхлопная труба" этого ускорителя подключена к специальному устройству, газово-магнитному сепаратору. Он позволяет "сортировать" атомы тяжелых элементов в соответствии с их массой благодаря тому, что их ионы с разной силой реагируют на магнитные поля, если ввести их смесь в почти полный вакуум. Когда атомы разделяются, FIONA охлаждает их до абсолютного нуля и измеряет массу, разгоняя их и заставляя вращаться по кругу.
Изначально, как отмечает Грегорич, его команда планировала измерить массу только московия, бомбардируя пластину из америция-243, еще одного нестабильного элемента, ионами кальция-48, одного из самых редких изотопов этого вещества.
В процессе этих замеров выяснилось, что FIONA перевыполнила задачу, измерив точную массу не только московия, но и нихония, в который "российский" элемент-тяжеловес распадается примерно через 160 миллисекунд после своего рождения.
Эти замеры показали, что реальная масса и того, и другого вещества близки к общепринятым теоретическим предсказаниям - 294 и 286 атомных единиц массы. В ближайшее время Грегорич и его коллеги планируют повторить эти замеры, а также измерить форму ядер нихония и московия, наблюдая за тем, как их распады порождают пучки гамма-излучения.
