شاید هسته‌های ابر سنگین، ابر سنگین‌تر باشند

فیزیك‌دان‌های هسته‌ای امیدوارند كه بالاخره روزی موفق به ساختن عناصر به اصطلاح ابر سنگین شوند. پژوهشگران آزمایشگاه لارنس لیورمور در كالیفرنیا كشف كرده‌اند كه بعضی از هسته‌هایی كه عدد اتمی‌شان بزرگ‌تر از 100 است پایدارتر از آن‌اند كه انتظار می‌رفت.
سنگین‌ترین عنصر طبیعی اورانیم 92 است، اما فیزیك‌دان‌ها به طور مصنوعی عناصری ساخته‌اند كه از این عنصر خیلی سنگین‌ترند. بیشتر این عناصر به شدت رادیو‌اكتیوند و نیمه عمری بسیار كوتاه دارند.
با این حال، نظریه‌دان‌هایی كه ساختمان هسته‌های اتمی را مطالعه كرده‌اند بر این نظرند كه عناصر سنگینی كه عدد اتمی‌شان در حدود 114 باشد ممكن است عمری بسیار طولانی داشته باشند. این عناصر ممكن است، به اصطلاح، در یك ناحیه پایداری قرار داشته باشند.
سال‌هاست كه فیزیك‌دان‌های تجربی می‌كوشند با ساختن هسته‌های سنگین‌تر به این ناحیه دست بیابند، ولی تاكنون فقط موفق شده‌اند كه هسته‌هایی با عدد اتمی 107، 108، و109 بسازند. این عناصر، كه نیمه عمری از مرتبه میلی ثانیه دارند، فوق‌العاده ناپایدارند.
تلاشی كه برای ساختن عناصر سنگین‌تر به كار رفته حاكی از آن است كه پیش‌روی در این راه براستی دشوار است. سه سال پیش، پژوهشگران شوروی در آزمایشگاه تحقیقات فیزیك هسته‌ای دوبنا در نزدیكی مسكو گمان كردند كه توانسته‌اند عنصر 110 را بسازند. با این حال شواهدشان صرفاً مبتنی بر قراین بود.
اخیراً كن هلت و همكارانش در بخش شیمی هسته‌ای آزمایشگاه لارنس لیورمور، روش جدیدی برای ساختن عناصر سنگین ابداع كرده‌اند. این گروه ایزوتوپ‌های سنگین جدیدی ساخته‌اند كه از لحاظ نوترون خیلی غنی‌اند.
هولت و همكارانش هدف اینشتاتیم 254 را با هسته‌های سنگین مختلف بمباران كردند. اینشتانیم 254 سنگن‌ترین ایزوتوپی است كه می‌توان آن را به مقدار قابل ملاحظه‌ای در حدود میكروگرم تولید كرد. با استفاده از این تكنیك گروه هولت توانسته است ایزوتوپ‌های مندلویم 260 با نیمه عمر 32 ثانیه، لارنسیم 261 با نیمه عمر 40 دقیقه، و لارنسیم 262 با نیمه عمر 4 ساعت را بسازد.
نیمه عمر این ایزوتوپ‌ها نسبتاً طولانی است، در نتیجه پژوهشگران برای مطالعه خواص شیمیایی آن‌ها وقت كافی دارند. نیمه عمر طویل العمر ترین عنصر سنگینی كه تا به حال داشته‌ایم 3 دقیقه بوده است.
هولت و همكارانش نوبلیم 262 را هم ساختند كه تعداد نوترون‌هایش از تمام ایزوتوپ‌های قبلی بیشتر بود و نیمه عمری برابر با 5 میلی ثانیه داشت.
تمام ایزوتوپ‌هایی كه ساخته شده‌اند بیش از حد انتظار پایدارند.
به گمان نظریه‌دان‌ها، ناحیه پایداری حول عدد اتمی 114 بیشتر شبیه پله‌ای است كه شیبی رو به بالا و حاوی ایزوتوپ‌هایی پر نوترون (از 162 تا 164 نوترون) است. این عدد ظاهراً به یك شكاف پوسته‌ای بزرگ در ساختار هسته‌ها مربوط است.
طرز قرار گرفتن نوكلئون‌ها در هسته به صورت پوسته‌ای است زیرا آن‌ها آرایش‌هایی را اختیار می‌كنند كه شبیه آرایش‌های الكترونی در اتم است؛ نوكلئون‌های هسته هم پوسته‌های مرجحی را اشغال می‌كنند. هسته‌های سنگین ممكن است تغییر شكل پیدا كنند و این تغییر شكل به مجموعه جدیدی از پوسته‌های پایدارتر منجر شود. شكاف یا اختلاف انرژی بین پوسته‌ها معیار پایداری آن‌هاست.
هولت و همكارانش پی برده‌اند كه ایزوتوپ‌های پرنوترون آن‌ها خاصیتی شگفت‌انگیز دارند. نحوه متلاشی شدن آن‌ها به صورت مورد انتظار نیست.
معمولاً هسته‌های سنگین از طریق فرایند شكافت، خود به خود به دو هسته كوچك‌تر تجزیه می‌شوند، اما ایزوتوپ‌های جدید ممكن است با از دست دادن یك ذره آلفا (هسته هلیم، با دو پروتون و دو نوترون) وابپاشند. وقتی واپاشی از طریق فرایند شكافت باشد، به دو طریق صورت می‌گیرد كه در هر یك انرژی اجزای آزاد شده با دیگری فرق می‌كند.
هولت و همكارانش قصد دارند به بررسی هسته‌هایی بپردازند كه 160 نوترون دارد. مخصوصاً می‌خواهند عنصر 106 را از برخورد نئون 22 با مس 248 بسازند. هولت می‌گوید كه اگر در این كار موفق شویم آزمون قاطعی برای تعیین حداقل گستره پایداری هسته‌های پر نوترون (حول و حوش 162) ارائه داده‌ایم.
انجام این آزمایش‌ها با همكاری یك تیم تحقیقاتی در دو بنا انجام خواهد گرفت. این نخستین بار است كه آزمایشگاه تحقیقاتی امریكا كه نامش با دفاع ملی امریكا عجین شده است رسماً برنامه مشتركی با یك آزماشگاه تحقیقات هسته‌ای روسیه اجرا می‌كند.