تم إنشاء عناصر جديدة فائقة الثقل في مسرع الجسيمات

ابتكر باحثون في الولايات المتحدة نسخًا مكبرة من النوى الذرية. ولا ينبغي أن يكون وجود إحدى النوى ممكنا، وفقا للنظرية الحالية

نجح باحثون من جامعة ميشيغان، في مختبر أبحاث يستخدم سيكلوترون فائق التوصيل، في إنتاج ثلاثة نظائر جديدة للمغنيسيوم والألومنيوم. تضع هذه النتائج في الواقع "حقائق ميدانية" تشير إلى القدرة على إنشاء ذرات أثقل مما تتنبأ به النماذج العلمية حاليًا. ظهرت نتائج الدراسة في مجلة Nature المرموقة في 24 أكتوبر 2007.
تم إنشاء النوى الجديدة عن طريق تسريع الذرات إلى سرعة هائلة - نصف سرعة الضوء (540,000,000 كم / ساعة) - وصدمها ببعضها البعض. هناك طريقة أخرى لتكوين النوى الثقيلة، والتي تحدث في الكون طوال الوقت، وهي من خلال عمليات الاندماج داخل قلوب النجوم.
وقال ديف موريسي، أستاذ الكيمياء في جامعة ميشيغان وأحد مؤلفي البحث: "منذ أن أصبحت العلوم النووية نظرية مقبولة، يحاول العلماء تحديد النظائر التي يمكن أن توجد في الطبيعة". "تظهر النتيجة التي حصلنا عليها أنه من الممكن تمديد حدود استقرار المادة أكثر مما توقعنا سابقًا. في الواقع، إنه يوضح لنا مقدار ما لا نعرفه بعد عن النواة الذرية."

النيوترونات والبروتونات والنظائرتتكون النواة الذرية من نوعين من الجسيمات - البروتونات والنيوترونات. تحتوي كل ذرة على عدد محدد من البروتونات، لكن عدد النيوترونات التي تمتلكها يمكن أن يختلف. النظائر هي ذرات لنفس العنصر (تحتوي على عدد ثابت من البروتونات)، ولكن تحتوي على عدد مختلف من النيوترونات.
هناك أربع قوى أساسية، قادرة معًا على وصف التفاعلات بين جميع المواد في الكون. ومن بين القوى الأربعة، القوة النووية الشديدة هي التي تحافظ على البروتونات والنيوترونات داخل النواة. لقد خضعت القوى الأساسية الأربع لأبحاث متعمقة ومستمرة منذ عام 1930.
إحدى طرق التعرف على القوة النووية الشديدة هي تحديد الحد الأقصى لكمية النيوترونات - أكبر عدد من النيوترونات التي يمكن تحميلها على نواة معينة. هذا الحد الأقصى معروف فقط للعناصر الثمانية الأخف وزنا - بدءا من الهيدروجين وانتهاء بالأكسجين. لذلك لا توجد حتى الآن إجابة على السؤال البسيط والأساسي - ما هو أثقل نظير يمكن أن يوجد لكل عنصر. نحن نعرف فقط إجابة ثمانية من العناصر المائة الموجودة في الجدول الدوري.

ذرات محطمةاستخدم الباحثون مسرع الجسيمات الدائرية - السيكلوترون. يقوم السيكلوترون بتسريع المواد إلى سرعات عالية جدًا، ثم يطلقها على ذرات ثقيلة. تتحطم الذرات الأصلية وتتشكل نوى ثقيلة جديدة من بقايا تصادمها.
باستخدام هذه التكنولوجيا، تمكن الباحثون في جامعة ميشيغان من إنشاء وتمييز ثلاثة نظائر جديدة فائقة الثقل من المغنيسيوم والألومنيوم:
* مغنيسيوم-40 يحتوي على 12 بروتونًا و28 نيوترونًا

* الألومنيوم-42 يحتوي على 13 بروتونًا و29 نيوترونًا
* الألومنيوم-43 يحتوي على 13 بروتونًا و30 نيوترونًا

يحتوي الألومنيوم العادي على 14 نيوترونًا. وعلى سبيل المقارنة، فإن مكعب الألومنيوم العادي الذي يزن 1600 كيلوجرام سوف يزن 1.6 جرام (43 كيلوجرام) إذا كان يتكون من الألومنيوم-42. تزعم النظريات الحالية أنه من غير المحتمل وجود الألومنيوم XNUMX.
وقال توماس بومان، عالم الفيزياء والمؤلف الرئيسي للدراسة، إن "الباحثين من العديد من المعاهد البحثية حول العالم يبحثون منذ فترة طويلة عن هذه النظائر، وخاصة المغنيسيوم 40، ولكن دون جدوى". وأضاف أن "الخطوة التالية هي المضي قدماً ومحاولة إيجاد حد وجود النواة، بهدف اكتشاف الحد الأقصى لكمية النيوترونات من هذه العناصر وغيرها. ولهذا سيتعين علينا ترقية مختبرنا. إن الأفكار والمعرفة النظرية والتطبيقية أصبحت في حوزتنا بالفعل. نحن فقط بحاجة إلى المال."

للحصول على معلومات على موقع جامعة ميشيغان

رابط لمقابلة مقاطع فيديو للباحثين بخصوص الاكتشاف

الصورة: البروفيسور ديف موريسي: "يُظهر اكتشافنا مقدار ما لا نعرفه بعد عن النواة الذرية."

الصورة: دفتر أبحاث الباحثين، مفتوح على الصفحة التي قاموا فيها بالاكتشاف. وتحت هذا الاكتشاف، كتب الباحثون في فرحتهم: "الآن يمكننا أن نحتفل!"