Jaký je nejtěžší chemický prvek ve vesmíru? Existuje nekonečně mnoho prvků? Je možné si představit, že by supertěžké prvky vznikly samovolně v přírodě? David Appell to na platformě Phys.org bere pěkně zostra. Kolem supertěžkých prvků se teď dějí zajímavé věci.
Nejtěžším prvkem, který je relativně běžný, je uran s 92 protony. Částicoví fyzici se ale dostali mnohem dál. Momentálně jsou u protonového čísla 118, což je oganesson (Og). Ten je ale velmi krátkověký, stejně jako prvky, které ho v periodické tabulce prvků předcházejí. Jsou to atomy, které existují obvykle méně než sekundu, někdy sotva mikrosekundy. Vyrobit a detekovat takové prvky je velmi náročné a vyžaduje to nákladné vybavení.
Problém je, že tradiční způsob výroby supertěžkých prvků už narazil na své limity. Aby fyzici mohli pokračovat dál a hledat v přízračném moři supertěžkých prvků vytoužený ostrov stability, tedy supertěžké prvky s poněkud delším poločasem rozpadu, musejí přijít s novými postupy.
Pro objevování supertěžkých prvků se používají různé metody. Velmi užitečné bylo bombardování atomů ze skupiny aktinoidů atomy vápníku, konkrétně izotopem vápník-48, který má 20 protonů a 28 neutronů. Tento izotop má shodou okolností takový počet protonů a neutronů, že kompletně vyplní dostupné energetické hladiny. Díky tomu je doopravdy extrémně stabilní. Jeho poločas rozpadu vědci odhadují na 60 trilionů (miliard miliard) let, což je vážně hodně miliard let. Celá dosavadní existence vesmíru je proti tomu jenom vtipný okamžik. Stačí ale přidat jediný neutron a izotop vápník-49 se rozpadne zhruba za 9 minut.
Reakcím s vápníkem-48 se říká „hot-fusion.“ Další možností je střílet izotopy v rozmezí od titanu-50 do zinku-70 do atomů olova nebo bizmutu. Tomu se zase říká „cold-fusion.“ Jak se ale vědci blíží k ostrovu stability (pokud existuje), jsou tyto reakce stále problematičtější. Jacklyn Gatesová z amerických laboratoří Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) s početným týmem kolegů zkusila něco nového.
Vyšli z teoretických modelů a prozkoumali produkci izotopů livermoria (Lv) s protonovým číslem 116, když pálili atomy titanu-50 do atomů plutonia-244. Použili k tomu urychlovač 88-Inch Cyclotron v laboratořích LBNL. Natočili na něm průměrně 6 bilionů iontů titanu-50 za sekundu, které pálili do terče z plutonia-244 po dobu 22 dní.
Gatesová s kolegy uspěli a jako první „upekli“ supertěžké atomy v blízkosti ostrova stability, aniž by použili superstabilní izotopy vápníku-48. Nešlo sice o objev nového prvku, ale úspěch tohoto experimentu potvrdil, že je možné lovit další prvky, kterou budou těžší než oganesson. Částicové fyziky čeká spousta práce.
Video: Physicists Create New Element Livermorium (Element 116) | Breakthrough in Superheavy Elements
Literatura
Je podivná hvězda reálným ostrovem stability supertěžkých prvků?
Autor: Stanislav Mihulka (26.03.2017)
Oganesson - chemické vlastnosti nejtěžšího známého prvku
Autor: Vladimír Wagner (02.03.2018)
Továrna na supertěžké prvky se rozjíždí
Autor: Vladimír Wagner (28.10.2018)
Novinky ve studiu velmi těžkých a supertěžkých prvků
Autor: Vladimír Wagner (08.05.2021)
Obsahuje planetka Polyhymnia prvky, které nejsou v periodické tabulce?
Autor: Stanislav Mihulka (12.10.2023)
Lovci technosignatur mají zálusk na extrémně divnou Przybylského hvězdu
Autor: Stanislav Mihulka (08.07.2024)
Diskuze:
Zajímavý odkaz
F M,2024-11-03 10:46:45
Kromě klasické wiky stránky pro ostrov stability jsem našel toto: https://en.wikipedia.org/wiki/Extended_periodic_table
Na začátku dlouhý seznam prvků a pokusů je vyrobit, dále (opravdu dál) je pár alespoň pro mne zajímavějších zajímavostí i o omezeních těch modelů.
Odhad toho ostrova stability
Matěj Jánský,2024-11-02 15:55:53
a současně té obrovské žluté nestabilní části vpravo nahoře bude, předpokládám, odhad na základě vlastností izotopu vápníku-48 a dalších. Nějaké násobky protonů a elektronů nového prvku...
Re: Odhad toho ostrova stability
F M,2024-11-03 10:15:17
Tady je to celé od vodíku se zvýrazněním pozorovaných (rámeček) https://en.wikipedia.org/wiki/File:Nuclear_chart_from_KTUY_model.svg
Spíš než o násobky jde o zaplnění "slupek" a hladiny energií jak jádra/částic tak potenciálních produktů, tím o ochotu se rozpadnout, jak přeměnou neutron-proton, tak alfa rozpadem, nebo rovnou rozdělením jádra.
Nejrelevantnější co mě zde napadá (je v doporučených odkazech) https://www.osel.cz/11733-novinky-ve-studiu-velmi-tezkych-a-supertezkych-prvku.html
Kratší, tedy jen ta část/začátek článku používá k vysvětlení právě jádro https://www.osel.cz/13463-jaderna-hmota-v-nitru-neutronovych-hvezd.html
https://www.osel.cz/8624-uznany-hned-ctyri-supertezke-prvky.html
Jsme na počátku
Pavel K2,2024-10-31 18:25:32
Na tom celém je nejsmutnější, že vědci vůbec neumí ty ostrovy stability spočítat. Přitom je to jednoduše konečný výpočet, nějakých 200-300 prvků, 3-4 síly a hotovo. Kdyby kdejaká grafická karta dostala správné vzorečky, tak to má za chvíli. Ale ty vzorečky pořád nikdo nezná.
Kvantová fyzika toho má pořád ještě víc před sebou než za sebou.
Re: Jsme na počátku
D@1imi1 Hrušk@,2024-10-31 23:53:49
Ne že bych do toho tak viděl, ale vážně je to o absenci vzorečků? Vědci neumí přesně spočítat ani pohyb tří těles ovlivňujících se pouze gravitací.
Re: Re: Jsme na počátku
D@1imi1 Hrušk@,2024-11-01 01:50:54
Navíc jestli to chápu dobře, ten ostrov stability víceméněq spočítaný je, ale složité je navrhnout postup výroby příslušných prvků.
Re: Re: Re: Jsme na počátku
F M,2024-11-03 02:16:08
Ono se neví jak dlouho ty prvky vydrží, to rozpětí odhadů je/bylo o spoustu řádů minuty - miliardy let až prakticky stabilitu a myslím se neví ani přesně které ty izotopy budou nejstabilnější, jen se to různě odhaduje (oblasti) a spíš A (nukleonové číslo). Problém je, že ty jádra potřebují k stabilitě (i "běžná" radioaktivní) víc neutronů (jako "lepivou vycpávku" kvůli odpuzování protonů a vlastnostem těch působících sil) a je problém je tam dostat i proto, že ta menší jsou s tím přebytkem zase nestabilní. I ty v současnosti již vyrobené prvky nejspíš mají stabilnější izotopy než známe, ale s více neutrony než se podařilo dodat. On tam potom pro ty odhady ten atom začíná mít trochu jiné zákony, nebo asi přesněji je třeba brát v potaz i jiné věci, třeba ty slupky pokud nejsou úplně zaplněné (ideální) se chovají jinak. Nevím nakolik jsou vůbec prozkoumány ty síly hlavně silná síla a určitě se s ní špatně počítá.
Vtip na konec: Co se vlastně řeší? Největší stabilní jádro je přece neutronová hvězda, tak ji jen vyrobit ;-)
Re: Re: Re: Re: Jsme na počátku
D@1imi1 Hrušk@,2024-11-03 03:02:00
To se sice o neutronové hvězdě často s nadsázkou tvrdí, ale podle mého názoru je to tvrzení zavádějící, protože atomové jádro je drženo pohromadě jadernými silami, gravitace se na tom nepodílí (leda v nějaké neobjevené fyzice). A snad nekecám, když napíšu, že neutronová hvězda je naopak držena prakticky jen tou gravitací, jinak by se neutrony díky vysoké teplotě rády explozivně rozlétly. Navíc každý atom má alespoň jeden proton, neutronová hvězda nikoliv (když pominu nějakou přechodovou zónu těsně na povrchu hvězdy, kde by se snad měly nacházet i normální atomy).
Jinak trochu pro srovnání: teprve nedávno (max. 2 roky nazpět) fyzici na superpočítači vymodelovali, jak pravděpodobně probíhal vznik Měsíce nárazem menší planety (teď nemám odkaz, ale myslím, že tu byl i článek na Oslu. Překvapivé bylo hlavně to, že se těleso Měsíce zformovalo během 24 hodin). Tam také nemuseli počítat velké množství sil, ale když se všechny prvky v systému navzájem ovlivňují, náročnost výpočtu exponenciálně narůstá. Možná ty vzorečky na výpočet stability jádra opravdu nemají (nepátral jsem po tom), ale že v jádru působí "jen" 3-4 síly mezi 200-300 prvky nepovažuji za dostatečný argument. Třeba tu stabilitu ovlivňují drobné nuance a pak do těch predikcí hází vidle efekt motýlích křídel.
Re: Re: Re: Re: Re: Jsme na počátku
F M,2024-11-03 10:41:16
Vzorce/postupy samozřejmě jsou, ale přibližné a různé s různými nejistotami, ani se neví kde to končí (od Z něco málo přes 120 po necelých 180), ale to zajímavé je až dál, za těmi pokusy a našel jsem to až teď takže jsem to ještě nečetl https://en.wikipedia.org/wiki/Extended_periodic_table
To s tou neutronovou hvězdou byl spíš ten vtip. Jen doplním tu cestu o ta jádra nad 300 a kvarkovou hmotu.
"Jen" 4 síly když i jedna je na výpočet až až a musí se zjednodušovat i u relativně jednoduchých systému.
Re: Jsme na počátku
Pavel Kaňkovský,2024-11-04 11:49:27
Správné "vzorečky" jsou už celem známy. Jmenují se kvantová chromodynamika (QCD). Akorát jsou velké potíže s jejich použitím, protože to opravdu není newtonovská úloha s 200-300 body, které se vzájemně přitahují nebo odpuzují 3-4 druhy sil. A tak se místo toho v praxi používají různé více či méně zjednodušené a více či méně empirické modely. Od Weizsäckerova kapkového modelu až po "kvantovou hadrodynamiku", která je zjednodušením QCD.
Re: Re: Jsme na počátku
F M,2024-11-06 02:28:34
Pokud to čte někdo kdo netuší, tak ona silná síla má úplně jiný průběh vzhledem k vzdálenosti než gravitace, na blízko (myšleno pro tu sílu, cca do 1/2 fm) odpuzuje pak silně poutá a zase rychle ztrácí sílu graf je třeba tady: https://www.osel.cz/13463-jaderna-hmota-v-nitru-neutronovych-hvezd.html
Navíc je tam problém s tím, že částice interakce (gluony) jsou velmi těžké až tak, že nesou většinu energie/hmotnosti jádra a ještě ke všemu jsou sami nositelem náboje silné síly (barvy). Prakticky je to bez zjednodušení výpočetně nezvládnutelné a ta zjednodušení zase mají své limity. Někde jsem chytil, že se silná síla ještě proměřuje/není úplně přesně změřená, ale to asi bude v pro tento účel irelevantních extrémech.
Český web, dá se tam toho najít víc: https://www.aldebaran.cz/astrofyzika/interakce/strong.php
Jaderní fyzikové
Jarda Ticháček,2024-10-31 17:35:12
Před lety jsem se partě pokoušel zjednodušeně vysvětlit, čím se takový jaderný fyzik zaobírá. Kamarád, tehdy doktorand se ani netvářil uraženě, když jsem to vzal zeširoka, od plivání jadérek z melounu a Newtona.
Dnes jsem si na to vzpomněl (člověku se při štípání dřeva honí hlavou lecjaké ptákoviny) a šel bych na to jinak. Od antických filosofů. A od základů hmoty. Dnešní jaderní fyzikové tvrdí, že základem hmoty není voda, oheň, země, ba ani flogiston, tvrdí něco o tvarohu.
Normální jaderný fyzik si v obchodě nekoupi na první dobrou jen tak nějakého Pribiňáka, ale bude spekulovat nad barvou, vůní, ba i nad tím, jak vysoko v tom regálu ta pixla je.
Sakra, když já, v oboru nevzdělán jsem z pitomého plnotučného kvarku udělat něco, co vydrží i pár hodin, nežli to někdo sežere, tak oni by z těch voňavých, barevných a (alespoň pro mne) nepoživatelných tvarohů mohli uplácat něco, co chvíli vydrží.
I když se mohu mýlit. Fakt netuším nic o tom, jak průměrný jaderný fyzik vaří, vlastně těch pár, které znám mne dokáží vyděsit už při krájení chleba, cibuli by jim svěřil jen režisér béčkových krváků a smíchat při výrobě míchaných vajec více nežli jednu surovinu - ta vejce - no to už jsme u různych mýtů o stvoření světa. A také se mohu mýlit s tím tvarohem. Na slovníky dnes už také není spolehnutí.
Re: Jaderní fyzikové
Florian Stanislav,2024-10-31 23:24:53
Schrödingerova kočka je fyzikální myšlenkový experiment, který ilustruje paradox kvantové superpozice dvou stavů na příkladu kočky, která by měla být současně živá i mrtvá.
Příspěvek o jaderných fyzicích mi připadá jako kvantový jev, současně to je i není ptákovina.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
