تألیف و ترجمه: حمید وثیق زاده انصاری
منبع:راسخون
منبع:راسخون
پژوهش‌گران به دنبال خلقِ عناصر ناشناخته‌ی اَبَر سنگین با عمری نسبتاً طولانی هستند، اما کار بسی مشکل‌تر از آن می‌نماید که در آغاز راه پنداشته می‌شد. یکی از پدیده‌های غریب در فیلم های فضایی، در عینِ کوشش فیلم نامه نویسان برای درک قبلی صحیح اختر شناسی و فیزیک، آن است که غالباً قوانین حاکم بر ساختار شیمیایی نادیده گرفته می‌شود. از آن جمله فیلم Star Trek است که در آن کاپیتان کِرک به سفینه‌ی فضایی بیگانه‌ای برمی‌خورد که بدنه‌ی آن از عنصری ناشناخته با ویژگی‌های نامأنوس ساخته شده است. هر شیمی‌دانی می‌داند که کشف چنین عنصری تقریباً غیر ممکن است زیرا تمام عناصر پایدار جهان شناخته شده‌اند. اما حقیقت امر فراتر از این‌هاست. در طول چهار یا پنج دهه‌ی پیشین، گروه‌های پژوهشی امریکا، آلمان، و روسیه کوشیده‌اند عناصر مصنوعی بسیار سنگین را خلق کنند. سنگین‌ترین عناصر ساخته شده تا امروز چندان پایدار نبوده‌اند و از این رو بسیار پرتوزا هستند. اما برخی از دانشمندان بر آنند که ساختن عناصر سنگین‌تر با پایداری بیشتر، کاری است ممکن.
هر عنصر از اتم‌ها تشکیل می‌شود، و هر اتم دارای هسته‌ای است شامل تعداد مشخصی پروتون با بار مثبت (عدد اتمی)، و تعداد مشخصی نوترون. نوترون‌ها با تضعیف نیروی رانش بین پروتون‌ها سبب پایداری هسته می‌شوند. بسیاری از عناصر در انواع گوناگون، تحت عنوان ایزوتوپ‌ها وجود دارند. ایزوتوپ‌های هر عنصر از نظر تعداد نوترون‌های هسته، با یک دیگر متفاوت خواهند بود. مجموع پروتون‌ها و نوترون‌ها، جرم اتمی هر عنصر نامیده می‌شود. به عنوان نمونه اتم کربن 12 دارای شش پروتون و شش نوترون است. هسته‌ی اتم سبک‌ترین عنصر یعنی هیدروژن، فقط شامل یک پروتون است، اما ایزوتوپ دیگرِ این عنصر یعنی دوتریم هسته‌ای با یک پروتون و یک نوترون دارد. سومین ایزوتوپ، تریتیم، هم با دو نوترون و یک پروتون در هسته‌ی خود، ایزوتوپ ناپایدار یا به عبارت دیگر ایزوتوپ پرتوزای این عنصر است. از فروپاشی اتم‌های آن، ذرات بتا یا الکترون‌های با بار منفی به وجود می‌آید. ایزوتوپ‌های هلیم دارای هسته‌هایی با دو پروتون و یک یا دو نوترون هستند. ویژگی‌های عناصر قبل و بعد از عنصری با عدد اتمی نود و دو، یعنی اورانیم، در جدول تناوبی، به ترتیبِ صعودی عدد اتمی توصیف شده است.
در واقع، اورانیم آخرین و سنگین‌ترین عنصر جدول تناوبی است که در طبیعت نیز یافت می‌شود. تمام ایزوتوپ‌های طبیعی آن، اورانیم-234، 235، و 238، پرتوزا هستند و از پایداری کم‌تری نسبت به عناصر پایین جدول برخوردارند. بسیاری از عناصر دارای ایزوتوپ‌های ناپایدارند. آن‌ها با گسیل ذرات بتا یا آلفا (که همان هسته‌ی هلیوم با دو پروتون و دو نوترون است) به عنصری دیگر تبدیل می‌شوند. این نوع تبدیلات در سنتز و آشکار سازی عناصر جدید اهمیت زیادی دارد. تبدیل می‌تواند ثانیه‌هایی چند یا چندین دهه به طول انجامد. در واقع، نیم عمر یک عنصر، یا به بیان دیگر، زمان لازم برای فروپاشی نصف اتم‌ها، نشان‌گر میزان پایداری آن عنصر خواهد بود. در هفتاد سال گذشته، پژوهش‌گران با ساخت عناصر مصنوعی سنگین‌تر از اورانیوم در پی گسترش سازمان یافته‌ی جدول تناوبی بوده‌اند. ساخت عناصر مصنوعی، با نپتونیوم (عدد اتمی نود و سه) و پلوتونیوم (عدد اتمی نود و چهار) آغاز شد. سپس بیش از پانزده عنصر مصنوعی دیگر با عدد اتمی نود و پنج تا بالای صد و نه ساخته شد. عمر عنصر صد و نه در حدود سه تا چهار هزارم ثانیه است.
باید گفت که تا سال 1970 میلادی، داده‌های نظری و تجربی حاکی از آن بود که جدول تناوبی عملاً با عنصر صد و هشت به نقطه‌ی پایان خود خواهد رسید و هسته‌ی هر عنصر بعدی دچار فروپاشی آنی خواهد شد که همین، دلیلِ امکان پذیر نبودنِ وجود عناصر بعد از عنصر صد و هشت به شمار می‌آمد. داده‌ها از آن حکایت می‌کرد که نیم عمر پایدارترین ایزوتوپ‌ها بسیار کوتاه‌تر از آن خواهد بود که امکان کوچک‌ترین مشاهده یا مطالعه فراهم آید (نیم عمری کم‌تر از یک میلیونم ثانیه). با این حال، در فاصله‌ی سال‌های 1966 تا 1972 میلادی، محاسبات انجام گرفته بر پایه‌ی نظریات نوین فیزیک‌دانان روسی، به ویژه ویلن استروتینسکی، در باره‌ی ساختار هسته‌ی اتم، نشان می‌داد که عناصر بسیار سنگین‌تر و با اعداد اتمی در حدود صد و چهارده هم باید عناصری نسبتاً پایدار باشند. برخی هم تا مرز پیش بینی نیم عمری هم‌ردیف با عمر عالم برای عناصر اَبَر سنگین پیش رفتند. پس از اخذ نتایج محاسبه، دانشمندان در پی جستجوی عناصر اَبَر سنگینِ طبیعی برآمدند، با این تصور که چنین عناصری مانند دیگر عناصر سنگین جدول تناوبی باید طی فرایندهای طبیعیِ سنتز هسته‌ای شبیه فرایندهای رخ داده در اَبَرنواخترها تشکیل شده باشند. اکنون محاسبات جدیدتر مهر تأیید بر امکان وجود عناصر اَبَر سنگین می‌زند، اما با نیمه عمری به مراتب کوتاه‌تر در مقایسه با عمر زمین.
این پیش بینی‌ها نیازمند درک خوبی از ساختار هسته‌ی اتم است. با افزایش عدد اتمی، نیروی رانش بین پروتون‌ها هم افزایش می‌یابد و در نتیجه برای چیره شدن بر این نیرو، هسته متناسباً نیازمند نوترون‌های بیش‌تری خواهد بود. با توصیف بسیار ساده شده از ساختار هسته‌ای می‌توان گفت ترتیب نوترون‌ها و پروتون‌ها به شکل لایه‌های الکترونی اتم است و پر شدن آن‌ها هم از انتظامی مشابه با پر شدن لایه‌های الکترونی پیروی می‌کند. هسته‌ای با لایه‌های کاملاً پر، دارای پایداری‌ای مشابه با گازهای بی‌اثر با لایه‌های کاملاً پر خواهد بود. عامل دیگر در پایداری هسته، شکل آن است، و هسته‌های کروی معمولاً پایدارترین هسته‌ها هستند.
نقشه‌ی فوق به خوبی رابطه‌ی بین پایداری هسته‌ی اتم و افزایش تعداد پروتون‌ها و نوترون‌ها را نشان می‌دهد. در این نقشه، شبه جزیره‌ی کوهستانی پایداری عناصر دیده می‌شود که در دریای ناپایداری پیش رفته است. در بخش زیرین نقشه، هسته‌های پایدار دارای تعداد پروتون‌ها و نوترون‌های دقیقاً برابر هستند. با پیش روی شبه جزیره‌ی عناصر در این دریا، تعداد نوترون‌ها نسبت به تعداد پروتون‌ها فزونی می‌یابد. قله‌ها، اعداد جادویی نام دارند که جایگاه هسته‌هایی هستند با تعداد پروتون‌ها یا نوترون‌هایی که از لایه‌های نزدیکِ فوق العاده‌ی پایداری به وجود آمده‌اند. شبه جزیره را آب‌های دریایی از ناپایداری در بر گرفته است. در انتهای شبه جزیره و جدای از آن، جزیره‌ی ناپایداری یا جزیره‌ی جادویی سر از دریا بیرون آورده است که جایگاه عدد اتمی صد و چهارده است و پیش بینی می‌شود هسته‌هایی با صد و چهارده پروتون و صد و هشاد و چهار نوترون را با شکل کرویِ پایدارشان در خود بپذیرد چرا که در این نقطه از دریای ناپایداری، لایه‌های پروتون و نوترون کاملاً پر می‌شوند. عناصر این جزیره، بسیار پایدارتر از بسیاری از عناصر با عدد اتمی پایین‌تر خواهند بود. در طول نیم قرن گذشته، از سه لنگرگاه پژوهشی (آزمایشگاه لارنس برکلی در کالیفرنیا، آزمایشگاه پژوهش‌های یون‌های سنگین در دارمشتات آلمان، و آزمایشگاه واکنش‌های هسته‌ای در دوبنای مسکو) بسیاری از دریاداران فیزیک هسته‌ای در پیِ تسخیر این جزیره برآمده‌اند و با امید به ایجاد ترتیبی نوین از عناصر، تن به دریای ناپایداری زده‌اند.
یک عنصر جدید چگونه سنتز می‌شود؟
عناصر تَرااورانیم با اعداد اتمی 93، 95، 99 و 100، به روش بمباران نوترونی عنصر هدف و جذب آن‌ها توسط هسته‌ی این عنصر، سنتز شده‌اند. ادوین مکمیلن و فیلیپ آبلسن با این روش، نپتونیم 239 را از اورانیم 238 سنتز کردند، و گلن سیبورگ (برنده‌ی جایزه‌ی نوبل شیمی در 1951 به خاطر این که او و هم‌کارانش در آزمایشگاه لاورنس برکلی چند عنصر تَرااورانیم کشف کردند) هم به اتفاق همکاران پژوهشی خود آمریسیم را از پلوتونیم 239 به وجود آوردند. نوترون از نظر بار الکتریکی، خنثی است و از این رو به آسانی می‌تواند درونِ هسته‌ی اتم عناصری مثل اورانیم و پلوتونیم جای گیرد. در این فرایند نوترون جذب می‌شود و با نیروی هسته‌ای قوی در کنار دیگر پروتون‌ها و نوترون‌های هسته قرار می‌یابد. این فرایند منجر به خلق عنصری جدید نخواهد شد زیرا جذب نوترون تأثیری بر روی تعداد پروتون‌های هسته بر جا نمی‌گذارد. محصول واکنش هسته‌ای جذب نوترون، ایزوتوپی از عنصر هدف خواهد بود. کاری که نوترونِ افزوده شده انجام می‌دهد ناپایدار کردن هسته در اثر ایجاد اختلال در آرایش متقابل پروتون‌ها و نوترون‌های اتم هدف است. قوی‌ترین میزانِ نیروهای بستگی بین پروتون‌ها و نوترون‌ها در حالتی برقرار می‌شود که نسبت تعداد پروتون‌ها به تعداد نوترون‌های هسته دارای مطلوب‌ترین مقدار باشد. ناپایداری هسته چندان دوام نمی‌آورد و نوترونِ افزوده شده با آزاد شدنِ یک ذره‌ی بتا به پروتون تبدیل می‌شود. در این جاست که عنصری جدید با عدد اتمی یک واحد بالاتر از عدد اتمی عنصر هدف به وجود می‌آید. علت آزاد شدن ذره‌ی بتا یا همان الکترون، تنظیم بار هسته و به تساوی رساندن تعداد پروتون‌ها و الکترون‌ها در عنصر نوبنیاد است. چنان که اشاره شد، این فرایند، که تباهی بتا نامیده می‌شود، شکلی معمول از پرتوزایی است.
در روشِ دیگرِ خلقِ عناصر نوبنیاد، از بمباران عناصر هدف با هسته‌های دیگر عناصر استفاده می‌شود. پرتابه می‌تواند پروتون (هسته‌ی اتم هیدروژن)، دوترون (هسته‌ی اتم دوتریم)، و یا هسته‌ی اتم هلیم، کربن، نیتروژن، اکسیژن و دیگر عناصر باشد. پروتون‌های موجود در هسته‌ی اتم هدف و هسته‌ی اتم پرتابه، بار مثبت دارند و از این رو نیروی رانش الکتریکی قوی بین آن‌ها به وجود می‌آید. اما برای انجام واکنش، ضروری است که هسته‌ها عملاً در معرض تماس با یک دیگر قرار گیرند. و چون شعاع هسته بسیار کوچک است تماس هسته‌های هدف و پرتابه به معنای نزدیک شدن و برخورد دو تجمعِ بار مثبت با یک دیگر خواهد بود. به بیان دیگر، ذره‌های پرتابه باید از انرژی جنبشی بالایی برخوردار باشند. دست یابی به چنین ذرات پر انرژی‌ای، با روش شتاب دادن به آن‌ها در شتاب دهنده‌های ولتاژ بالا مانند سیکلوترون‌ها و شتاب دهنده‌های خطی امکان پذیر است.
با نفوذ هسته‌ی اتمِ پرتابه در هسته‌ی اتم هدف، نیروهای کوتاه برد هسته‌ایِ، آن دو را در هم می‌آمیزد و هسته‌ی عنصرِ نوبنیاد خلق می‌شود. تشکیل این هسته‌ی مرکب، در حالت برانگیخته، یعنی با انرژی‌ای بیشتر از پایین‌ترین سطح انرژی هسته، انجام می‌گیرد و پایداری هسته‌ی عنصر نوبنیاد منوط به اتلاف این مازادِ انرژی خواهد بود. در سنگین‌ترین عناصر، مانند عناصر تَرااورانیوم، اتلاف این انرژیِ برانگیختگی با گسیل پرتوهای گاما و زدایشِ (boiling off) نوترون‌ها از هسته‌ی برانگیخته‌ی نوبنیاد انجام می‌گیرد. هسته‌ی عنصر نوبنیاد، پرتوزاست و در پیِ پایدار شدن از راه دگرگونی ساختار درونی خود برخواهد آمد. این دگرگونی ممکن است با از دست دادن ذرات بتا یا آلفا و یا شکافت خود به خودی هسته و تبدیل آن به دو هسته‌ی کوچک‌تر روی دهد. عناصر 93 تا 106، به جز عناصر 95، 99 و 100، با استفاده از سیکلوترون یا شتاب دهنده‌ی خطی، در آزمایشگاه لارنس برکلی، و عناصر 107 تا 109 در دارمشتات آلمان سنتز شده‌اند. سنتز عناصر 101 تا 109 هم به صورت ایجاد یک اتم در هر فرایند بوده است. پژوهش‌گران آزمایشگاه دوبنای مسکو مدعی اولین سنتز عناصر 106 تا 108 هستند. دانشمندان روس هم‌چنین مدعی کشف عناصر 104 و 105 هستند.
سنتز عناصر سنگین، در عین حال، کوششی بوده است در راه ورود به جهانِ خلقِ هسته‌های اَبَر سنگین. اما در آغاز راه باید قادر به پیش بینی حتی الامکان دقیق خواص هسته‌های اَبَر سنگین باشیم. با این پیش بینی، راه برای انتخاب عنصری که ساخت و تشخیص آن آسان‌تر از همه است هموار خواهد شد. کار، بس مشکل است. کاری است نیازمند تعمیم داده‌های موجود از ساختار سنگین‌ترین عناصر شناخته شده به حوزه‌ی عناصر سنگین‌تر با عدد اتمی 110 به بالا که کوچک‌ترین شناختی از آن‌ها در دست نیست. کوچک‌ترین خطا در این فرایند تعمیم، بس بزرگ نمایان خواهد شد. و در این روند تصحیح و خطاست که برآوردها و پیش بینی‌هایمان دگرگونی‌های فراوان یافته‌اند. برای نخستین بار در سال 1972 میلادی، ری نیکس و همکاران وی در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس واقع در نیو مکزیکو اظهار کردند که قله‌ی جزیره‌ی اَبَر سنگین پایداری متعلق به عنصر 114 با تعداد 184 نوترون است و ایزوتوپ‌های این عنصر با سیرِ کاهشیِ تعداد نوترون‌ها در شیب تدریجی این کوه قرار می‌گیرند. در سال 1976 میلادی، فیزیک‌دان دانمارکی یورگی رندراپ و همکاران وی اظهار داشتند که این شیب بسیار تندتر است و به دریای ناپایداری راه می‌برد. پیش بینی آنان به همراه امکان تعداد واکنش هسته‌ای، ما را به این فکر سوق داد که مسلماً ساخت هسته‌های پایدار با تعداد 184 نوترون بسیار مشکل خواهد بود. در سال 1989، فیزیک‌دانی لهستانی به نام زیگمونت پاتیک به همراهی تیم پژوهشی خود در انستیتوی مطالعاتی سولتان واقع در شهر ورشو، پیش بینی‌های سودمندی ارائه دادند. آن‌ها گفتند هسته‌های شامل 182 تا 184 نوترون پایدارترین‌هایند و حوزه‌ی وسیع‌تری از هسته‌ها با زمان نیم عمر قابل اندازه گیری را تا هسته‌هایی با 160 نوترون و عدد اتمی 110 پیش کشیدند. هسته‌هایی با عدد اتمی 112 و دارای 184 نوترون، کروی و بنا بر این نسبتاً پایدار خواهند بود، در حالی که هسته‌های دارای کم‌تر از 166 نوترون دچار تغییر شکل خواهند شد و بنا بر این ناپایدارتر خواهند بود. آخرین محاسبات حکایت از آن دارند که هیچ دریای وسیع ناپایداری در میان نیست که فاصله‌ای ژرف بین هسته‌های شناخته شده و هسته‌های اَبَر سنگین ایجاد کند. آن‌چه که هست شبه جزیره‌ای از هسته‌های نسبتاً پایدار است که از عدد اتمی 98 شروع و تا عدد اتمی 118 پیش می‌رود.
سنتز عناصر اَبَر سنگین کاری چندان ثمر بخش نبوده است چرا که امکان هم‌جوشی هسته‌ها برای تشکیل هسته‌ی نوبنیاد پایدار نسبتاً اندک است: احتمالی بسیار کم‌تر از یک در یک میلیارد واکنش هسته ای. باقی واکنش‌ها منجر به شکافت و در نتیجه تخریب هسته‌ها می‌شوند. این احتمالِ بسیار اندک، به معنای تولید فقط سه اتم در طول هر شبانه روز بمباران هسته‌ی هدف است. پتر آمبروستر، یکی از چهره‌های شاخص در زمینه‌ی مطالعات هسته‌ای که در دارمشتات آلمان مشغول پژوهش بود، روشی تجربی برای تخمین احتمال هم‌جوشی دو هسته با در دست داشتن تعداد پرتابه‌ها و نوع هسته‌ی هدف ارائه داد. با انجام واکنش هسته‌ای هم‌جوشی، بقای هسته‌ی نوبنیاد به این بستگی خواهد داشت که در ابتدا هسته‌ی مزبور انرژی برانگیختگی‌اش را به همراه نوترون‌ها از دست بدهد یا نه. با زدایش نوترونی به روشی که پیش‌تر گفته شد، هسته به ازای هر نوترون حدود ده مگا الکترون ولت از انرژی برانگیختگی‌اش را از دست می‌دهد. اگر انرژی برانگیختگی پایین باشد، بخش اعظم آن همراه با نوترون‌ها رها می‌شود و هسته‌ی نوبنیاد بخت بیش‌تری برای بقا خواهد داشت، و در غیر این صورت، هسته دچار شکافت می‌شود. از روی جدول جرم‌های اتمیِ اندازه گیری شده و پیش بینی شده، می‌توان انرژی هسته‌های نوبنیاد را برآورد کرد. بقای سیستم هم جوشیده (fused system) را با این قاعده‌ی تجربی می‌توان تخمین زد که در ازای هر هسته‌ی نوبنیادِ باز مانده در پیِ گسیل یک نوترون، یک‌صد هسته‌ی نوبنیاد دیگر در پیِ شکافت از بین خواهد رفت.
برای نمونه، سنتز عنصر 108 را در نظر بگیرید. واکنش هسته‌ایِ به کار رفته عبارت بود از پرتاب هسته‌ی آهن 58 (عدد اتمی 26) روی هدفی از سرب 208 (عدد اتمی 82). حاصل این سنتز هسته‌ای، هسته‌ی عنصر 108 با انرژی برانگیختگی درحدود 20 تا 23 مگا الکترون ولت خواهد بود. بر پایه‌ی قاعده‌ی تجربی آمبروستر، تخمین زده می‌شود که از هر یک میلیون واکنش، تنها یکی منجر به هم جوشی خواهد شد. با احتمال بقای یک در ده هزار برای این هم‌جوشی هم می‌توان دریافت که احتمال به دست آمدن محصول نهایی یک در ده هزار میلیون خواهد بود. این احتمال، مطابقت کامل با میزان بازدهی واکنش هسته‌ای سنتز عنصر 108 دارد. اگر هسته‌ی نوبنیاد عنصر 108، انرژی برانگیختگی پایین در سایه‌ی پیوندهای قوی لایه‌های درون هسته‌ای عنصر هدف (سرب) نمی‌داشت، عملاً سنتز این عنصر غیر ممکن می‌شد. تاکنون بیش از بیست و پنج مورد تلاش در راه سنتز آزمایش‌گاهیِ عناصر اَبَر سنگین گزارش شده است و بیشترین مطالعات بر روی واکنش بین کلسیم 48 (عدد اتمی 20) و کوریم 248 (عدد اتمی 96) انجام گرفته است. از این واکنش، هسته‌های سنگین، با بیشترین تعداد نوترون به دست می‌آید و از این رو باید پایدارترین هسته‌های سنتزی باشند. برآوردها نشان می‌دهد که هسته‌ی نوبنیاد عنصر 116 باید انرژی برانگیختگی‌ای در حدود 30 مگا الکترون ولت داشته باشد. این مقدار انرژی به معنای احتمال بقای یک در میلیون برای این هسته است. اگر احتمال هم‌جوشی هسته‌های هدف و هسته‌های پرتابه سه در یک میلیون واکنش باشد، آن گاه احتمال تشکیل هسته‌ی بازماننده، سه در یک میلیون میلیون واکنش خواهد بود. اما حد پایینِ احتمالِ لازمِ عملی برای تشکیل این عنصرِ نوبنیاد، بین ده تا صد در یک میلیون میلیون است. پس شکست تلاش‌های انجام یافته برای سنتز عنصر 116 نباید چندان شگفتی آور باشد.
در روشِ دیگرِ سنتز هسته‌های ابر سنگین، به جای تشکیل عنصر مرکب متشکل از همه‌ی پروتون‌ها و نوترون‌های دو عنصر هدف و پرتابه، فقط بخشی از هسته‌ی پرتابه به هسته‌ی هدف افزوده می‌شود. در حقیقت، مطالعات به عمل آمده در مورد واکنش بین هسته‌های اورانیم 238 که در آن، حدود 20 نوترون یا بیشتر، از هسته‌ی پرتابه به هسته‌ی هدف انتقال می‌یافت و انرژی برانگیختگی حاصله در هسته‌ی نوبنیاد مقدار متوسطی داشت، برخی از پژوهش‌گران را به سوی اندیشه‌ی امکان ساخت عناصر اَبَر سنگین سوق داد. اما احتمال برآورد شده برای تشکیل عنصر اَبَر سنگین در این روش هم بین یک تا ده در یک میلیون میلیون واکنش خواهد بود که هنوز پایین‌تر از حد آشکار سازی تجربی تشکیل عنصر سنتزی است.
آشکار سازی عنصر نوبنیاد، بی‌تردید مشکل است. برای اثبات کار باید تفاوت عدد اتمی نوع نوبنیاد با عدد اتمی کلیه‌ی عناصر شناخته شده را نشان داد. عناصر 95 تا 101 به روش شیمیایی، یعنی تهیه‌ی نمک‌های هر کدام و جدا سازی یون‌های آن‌ها با استفاده از ستون تبادل یونی، شناخته شده‌اند. ترتیب تبادل یونی هر عنصر در ستون رزینی، برای هر عنصر، متفاوت از دیگر عناصر است و از روی همین تفاوت است که می‌توان عناصر فوق را شناسایی کرد. این روش، شباهت کامل به جداسازی مولکول‌های متفاوت از نظر وزنی و میل ترکیبی در روش کروماتوگرافی دارد. اما روش شیمیایی نمی‌تواند در مورد عناصری با زمان نیم عمری در حدود چند ثانیه کاربرد داشته باشد و به همین خاطر در آشکار سازی عناصر بالاتر از عدد اتمی 101، از این روش استفاده نمی‌شود. در این جا تکیه بر روش‌های ظریف‌تری است. محصول واکنش‌های تباهی پرتوزا را مورد شناسایی قرار می‌دهیم و به شناسایی عنصر رادیو اکتیو مورد نظر می‌رسیم. در حقیقت، عنصر نوبنیاد از روی آثار بعدی‌اش تشخیص داده می‌شود. سنگین‌ترین هسته‌های بازماننده عملاً مسیر تباهی را با از دست دادنِ ذرات آلفا (هسته‌ی هلیم) یا شکافت خود به خودی می‌پیمایند. تباهی عنصری با از دست دادن ذره‌ی آلفا منجر به تشکیل هسته‌ی معروف به هسته‌ی دختر (daughter nucleus) می‌شود که عدد اتمی آن دو واحد و جرم اتمی‌اش چهار واحد کم‌تر از عنصر تباهی یافته خواهد بود. هسته‌ی دختر، خود نیز مسیر تباهی را با گسیل ذره‌ی آلفا پی می‌گیرد، اما این بار زمان نیم عمر تباهی مشخص بوده و بدین ترتیب، عنصر دختر، قابل شناسایی خواهد بود. با تشخیص عدد اتمی عنصر دختر، مستقیماً می‌توان به تعیین عدد اتمی عنصر نوبنیاد اولیه دست یافت. عناصر 104 تا 109 با این روش ژنتیکی شناخته شده‌اند. انتظار می‌رود عنصر 110 زمان نیم عمر معقولی در مسیر فروپاشی با تباهی آلفا داشته باشد. اما عناصر اَبَر سنگین، و به عبارت دیگر، همسایگان عنصر 114، ممکن است دچار تباهی خود به خودی هم بشوند. در چنین شرایطی، تشخیص این که آیا اساساً عنصر نوبنیادی در میان هست یا نه، بسیار مشکل خواهد بود، زیرا هنوز دستگاه مناسبی برای اندازه گیریِ آنیِ اعداد اتمیِ ترکش‌های فروپاشی در دست نیست.
ویتالی گینزبورگ، فیزیک‌دان روس، اظهار کرد که سنتز عناصر اَبَر سنگین یکی از بیست و اندی مسائل پر اهمیت و جالب توجه جهان فیزیک است. بی‌تردید تعیین خواص هسته‌ای عناصر اَبَر سنگین و واکنش‌های هسته‌ای برای سنتز آن‌ها یکی از دشوارترین وظایفی است که بر دوش علم فیزیک سنگینی می‌کند. با این وجود بر این باور هستیم که هسته‌های اَبَر سنگین باید وجود داشته باشند. زمان نیم عمر آن‌ها کافی برای آشکار سازی آزمایشگاهی اما بسیار کوتاه برای موجودیت طبیعی خواهد بود. اکنون اساسی‌ترین بایسته در برابر ما، پیش برد حساسیتِ دستگاه‌های آشکار ساز است. باید کوشش در تشخیص عناصر اَبَر سنگین را بر آشکار سازی بهتر ترکش‌های حاصل از شکافت خود به خودی و اندازه گیری دقیق‌تر عدد اتمی متمرکز کرد.
هر عنصر از اتم‌ها تشکیل می‌شود، و هر اتم دارای هسته‌ای است شامل تعداد مشخصی پروتون با بار مثبت (عدد اتمی)، و تعداد مشخصی نوترون. نوترون‌ها با تضعیف نیروی رانش بین پروتون‌ها سبب پایداری هسته می‌شوند. بسیاری از عناصر در انواع گوناگون، تحت عنوان ایزوتوپ‌ها وجود دارند. ایزوتوپ‌های هر عنصر از نظر تعداد نوترون‌های هسته، با یک دیگر متفاوت خواهند بود. مجموع پروتون‌ها و نوترون‌ها، جرم اتمی هر عنصر نامیده می‌شود. به عنوان نمونه اتم کربن 12 دارای شش پروتون و شش نوترون است. هسته‌ی اتم سبک‌ترین عنصر یعنی هیدروژن، فقط شامل یک پروتون است، اما ایزوتوپ دیگرِ این عنصر یعنی دوتریم هسته‌ای با یک پروتون و یک نوترون دارد. سومین ایزوتوپ، تریتیم، هم با دو نوترون و یک پروتون در هسته‌ی خود، ایزوتوپ ناپایدار یا به عبارت دیگر ایزوتوپ پرتوزای این عنصر است. از فروپاشی اتم‌های آن، ذرات بتا یا الکترون‌های با بار منفی به وجود می‌آید. ایزوتوپ‌های هلیم دارای هسته‌هایی با دو پروتون و یک یا دو نوترون هستند. ویژگی‌های عناصر قبل و بعد از عنصری با عدد اتمی نود و دو، یعنی اورانیم، در جدول تناوبی، به ترتیبِ صعودی عدد اتمی توصیف شده است.
در واقع، اورانیم آخرین و سنگین‌ترین عنصر جدول تناوبی است که در طبیعت نیز یافت می‌شود. تمام ایزوتوپ‌های طبیعی آن، اورانیم-234، 235، و 238، پرتوزا هستند و از پایداری کم‌تری نسبت به عناصر پایین جدول برخوردارند. بسیاری از عناصر دارای ایزوتوپ‌های ناپایدارند. آن‌ها با گسیل ذرات بتا یا آلفا (که همان هسته‌ی هلیوم با دو پروتون و دو نوترون است) به عنصری دیگر تبدیل می‌شوند. این نوع تبدیلات در سنتز و آشکار سازی عناصر جدید اهمیت زیادی دارد. تبدیل می‌تواند ثانیه‌هایی چند یا چندین دهه به طول انجامد. در واقع، نیم عمر یک عنصر، یا به بیان دیگر، زمان لازم برای فروپاشی نصف اتم‌ها، نشان‌گر میزان پایداری آن عنصر خواهد بود. در هفتاد سال گذشته، پژوهش‌گران با ساخت عناصر مصنوعی سنگین‌تر از اورانیوم در پی گسترش سازمان یافته‌ی جدول تناوبی بوده‌اند. ساخت عناصر مصنوعی، با نپتونیوم (عدد اتمی نود و سه) و پلوتونیوم (عدد اتمی نود و چهار) آغاز شد. سپس بیش از پانزده عنصر مصنوعی دیگر با عدد اتمی نود و پنج تا بالای صد و نه ساخته شد. عمر عنصر صد و نه در حدود سه تا چهار هزارم ثانیه است.
باید گفت که تا سال 1970 میلادی، داده‌های نظری و تجربی حاکی از آن بود که جدول تناوبی عملاً با عنصر صد و هشت به نقطه‌ی پایان خود خواهد رسید و هسته‌ی هر عنصر بعدی دچار فروپاشی آنی خواهد شد که همین، دلیلِ امکان پذیر نبودنِ وجود عناصر بعد از عنصر صد و هشت به شمار می‌آمد. داده‌ها از آن حکایت می‌کرد که نیم عمر پایدارترین ایزوتوپ‌ها بسیار کوتاه‌تر از آن خواهد بود که امکان کوچک‌ترین مشاهده یا مطالعه فراهم آید (نیم عمری کم‌تر از یک میلیونم ثانیه). با این حال، در فاصله‌ی سال‌های 1966 تا 1972 میلادی، محاسبات انجام گرفته بر پایه‌ی نظریات نوین فیزیک‌دانان روسی، به ویژه ویلن استروتینسکی، در باره‌ی ساختار هسته‌ی اتم، نشان می‌داد که عناصر بسیار سنگین‌تر و با اعداد اتمی در حدود صد و چهارده هم باید عناصری نسبتاً پایدار باشند. برخی هم تا مرز پیش بینی نیم عمری هم‌ردیف با عمر عالم برای عناصر اَبَر سنگین پیش رفتند. پس از اخذ نتایج محاسبه، دانشمندان در پی جستجوی عناصر اَبَر سنگینِ طبیعی برآمدند، با این تصور که چنین عناصری مانند دیگر عناصر سنگین جدول تناوبی باید طی فرایندهای طبیعیِ سنتز هسته‌ای شبیه فرایندهای رخ داده در اَبَرنواخترها تشکیل شده باشند. اکنون محاسبات جدیدتر مهر تأیید بر امکان وجود عناصر اَبَر سنگین می‌زند، اما با نیمه عمری به مراتب کوتاه‌تر در مقایسه با عمر زمین.
این پیش بینی‌ها نیازمند درک خوبی از ساختار هسته‌ی اتم است. با افزایش عدد اتمی، نیروی رانش بین پروتون‌ها هم افزایش می‌یابد و در نتیجه برای چیره شدن بر این نیرو، هسته متناسباً نیازمند نوترون‌های بیش‌تری خواهد بود. با توصیف بسیار ساده شده از ساختار هسته‌ای می‌توان گفت ترتیب نوترون‌ها و پروتون‌ها به شکل لایه‌های الکترونی اتم است و پر شدن آن‌ها هم از انتظامی مشابه با پر شدن لایه‌های الکترونی پیروی می‌کند. هسته‌ای با لایه‌های کاملاً پر، دارای پایداری‌ای مشابه با گازهای بی‌اثر با لایه‌های کاملاً پر خواهد بود. عامل دیگر در پایداری هسته، شکل آن است، و هسته‌های کروی معمولاً پایدارترین هسته‌ها هستند.
نقشه‌ی فوق به خوبی رابطه‌ی بین پایداری هسته‌ی اتم و افزایش تعداد پروتون‌ها و نوترون‌ها را نشان می‌دهد. در این نقشه، شبه جزیره‌ی کوهستانی پایداری عناصر دیده می‌شود که در دریای ناپایداری پیش رفته است. در بخش زیرین نقشه، هسته‌های پایدار دارای تعداد پروتون‌ها و نوترون‌های دقیقاً برابر هستند. با پیش روی شبه جزیره‌ی عناصر در این دریا، تعداد نوترون‌ها نسبت به تعداد پروتون‌ها فزونی می‌یابد. قله‌ها، اعداد جادویی نام دارند که جایگاه هسته‌هایی هستند با تعداد پروتون‌ها یا نوترون‌هایی که از لایه‌های نزدیکِ فوق العاده‌ی پایداری به وجود آمده‌اند. شبه جزیره را آب‌های دریایی از ناپایداری در بر گرفته است. در انتهای شبه جزیره و جدای از آن، جزیره‌ی ناپایداری یا جزیره‌ی جادویی سر از دریا بیرون آورده است که جایگاه عدد اتمی صد و چهارده است و پیش بینی می‌شود هسته‌هایی با صد و چهارده پروتون و صد و هشاد و چهار نوترون را با شکل کرویِ پایدارشان در خود بپذیرد چرا که در این نقطه از دریای ناپایداری، لایه‌های پروتون و نوترون کاملاً پر می‌شوند. عناصر این جزیره، بسیار پایدارتر از بسیاری از عناصر با عدد اتمی پایین‌تر خواهند بود. در طول نیم قرن گذشته، از سه لنگرگاه پژوهشی (آزمایشگاه لارنس برکلی در کالیفرنیا، آزمایشگاه پژوهش‌های یون‌های سنگین در دارمشتات آلمان، و آزمایشگاه واکنش‌های هسته‌ای در دوبنای مسکو) بسیاری از دریاداران فیزیک هسته‌ای در پیِ تسخیر این جزیره برآمده‌اند و با امید به ایجاد ترتیبی نوین از عناصر، تن به دریای ناپایداری زده‌اند.
یک عنصر جدید چگونه سنتز می‌شود؟
عناصر تَرااورانیم با اعداد اتمی 93، 95، 99 و 100، به روش بمباران نوترونی عنصر هدف و جذب آن‌ها توسط هسته‌ی این عنصر، سنتز شده‌اند. ادوین مکمیلن و فیلیپ آبلسن با این روش، نپتونیم 239 را از اورانیم 238 سنتز کردند، و گلن سیبورگ (برنده‌ی جایزه‌ی نوبل شیمی در 1951 به خاطر این که او و هم‌کارانش در آزمایشگاه لاورنس برکلی چند عنصر تَرااورانیم کشف کردند) هم به اتفاق همکاران پژوهشی خود آمریسیم را از پلوتونیم 239 به وجود آوردند. نوترون از نظر بار الکتریکی، خنثی است و از این رو به آسانی می‌تواند درونِ هسته‌ی اتم عناصری مثل اورانیم و پلوتونیم جای گیرد. در این فرایند نوترون جذب می‌شود و با نیروی هسته‌ای قوی در کنار دیگر پروتون‌ها و نوترون‌های هسته قرار می‌یابد. این فرایند منجر به خلق عنصری جدید نخواهد شد زیرا جذب نوترون تأثیری بر روی تعداد پروتون‌های هسته بر جا نمی‌گذارد. محصول واکنش هسته‌ای جذب نوترون، ایزوتوپی از عنصر هدف خواهد بود. کاری که نوترونِ افزوده شده انجام می‌دهد ناپایدار کردن هسته در اثر ایجاد اختلال در آرایش متقابل پروتون‌ها و نوترون‌های اتم هدف است. قوی‌ترین میزانِ نیروهای بستگی بین پروتون‌ها و نوترون‌ها در حالتی برقرار می‌شود که نسبت تعداد پروتون‌ها به تعداد نوترون‌های هسته دارای مطلوب‌ترین مقدار باشد. ناپایداری هسته چندان دوام نمی‌آورد و نوترونِ افزوده شده با آزاد شدنِ یک ذره‌ی بتا به پروتون تبدیل می‌شود. در این جاست که عنصری جدید با عدد اتمی یک واحد بالاتر از عدد اتمی عنصر هدف به وجود می‌آید. علت آزاد شدن ذره‌ی بتا یا همان الکترون، تنظیم بار هسته و به تساوی رساندن تعداد پروتون‌ها و الکترون‌ها در عنصر نوبنیاد است. چنان که اشاره شد، این فرایند، که تباهی بتا نامیده می‌شود، شکلی معمول از پرتوزایی است.
در روشِ دیگرِ خلقِ عناصر نوبنیاد، از بمباران عناصر هدف با هسته‌های دیگر عناصر استفاده می‌شود. پرتابه می‌تواند پروتون (هسته‌ی اتم هیدروژن)، دوترون (هسته‌ی اتم دوتریم)، و یا هسته‌ی اتم هلیم، کربن، نیتروژن، اکسیژن و دیگر عناصر باشد. پروتون‌های موجود در هسته‌ی اتم هدف و هسته‌ی اتم پرتابه، بار مثبت دارند و از این رو نیروی رانش الکتریکی قوی بین آن‌ها به وجود می‌آید. اما برای انجام واکنش، ضروری است که هسته‌ها عملاً در معرض تماس با یک دیگر قرار گیرند. و چون شعاع هسته بسیار کوچک است تماس هسته‌های هدف و پرتابه به معنای نزدیک شدن و برخورد دو تجمعِ بار مثبت با یک دیگر خواهد بود. به بیان دیگر، ذره‌های پرتابه باید از انرژی جنبشی بالایی برخوردار باشند. دست یابی به چنین ذرات پر انرژی‌ای، با روش شتاب دادن به آن‌ها در شتاب دهنده‌های ولتاژ بالا مانند سیکلوترون‌ها و شتاب دهنده‌های خطی امکان پذیر است.
با نفوذ هسته‌ی اتمِ پرتابه در هسته‌ی اتم هدف، نیروهای کوتاه برد هسته‌ایِ، آن دو را در هم می‌آمیزد و هسته‌ی عنصرِ نوبنیاد خلق می‌شود. تشکیل این هسته‌ی مرکب، در حالت برانگیخته، یعنی با انرژی‌ای بیشتر از پایین‌ترین سطح انرژی هسته، انجام می‌گیرد و پایداری هسته‌ی عنصر نوبنیاد منوط به اتلاف این مازادِ انرژی خواهد بود. در سنگین‌ترین عناصر، مانند عناصر تَرااورانیوم، اتلاف این انرژیِ برانگیختگی با گسیل پرتوهای گاما و زدایشِ (boiling off) نوترون‌ها از هسته‌ی برانگیخته‌ی نوبنیاد انجام می‌گیرد. هسته‌ی عنصر نوبنیاد، پرتوزاست و در پیِ پایدار شدن از راه دگرگونی ساختار درونی خود برخواهد آمد. این دگرگونی ممکن است با از دست دادن ذرات بتا یا آلفا و یا شکافت خود به خودی هسته و تبدیل آن به دو هسته‌ی کوچک‌تر روی دهد. عناصر 93 تا 106، به جز عناصر 95، 99 و 100، با استفاده از سیکلوترون یا شتاب دهنده‌ی خطی، در آزمایشگاه لارنس برکلی، و عناصر 107 تا 109 در دارمشتات آلمان سنتز شده‌اند. سنتز عناصر 101 تا 109 هم به صورت ایجاد یک اتم در هر فرایند بوده است. پژوهش‌گران آزمایشگاه دوبنای مسکو مدعی اولین سنتز عناصر 106 تا 108 هستند. دانشمندان روس هم‌چنین مدعی کشف عناصر 104 و 105 هستند.
سنتز عناصر سنگین، در عین حال، کوششی بوده است در راه ورود به جهانِ خلقِ هسته‌های اَبَر سنگین. اما در آغاز راه باید قادر به پیش بینی حتی الامکان دقیق خواص هسته‌های اَبَر سنگین باشیم. با این پیش بینی، راه برای انتخاب عنصری که ساخت و تشخیص آن آسان‌تر از همه است هموار خواهد شد. کار، بس مشکل است. کاری است نیازمند تعمیم داده‌های موجود از ساختار سنگین‌ترین عناصر شناخته شده به حوزه‌ی عناصر سنگین‌تر با عدد اتمی 110 به بالا که کوچک‌ترین شناختی از آن‌ها در دست نیست. کوچک‌ترین خطا در این فرایند تعمیم، بس بزرگ نمایان خواهد شد. و در این روند تصحیح و خطاست که برآوردها و پیش بینی‌هایمان دگرگونی‌های فراوان یافته‌اند. برای نخستین بار در سال 1972 میلادی، ری نیکس و همکاران وی در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس واقع در نیو مکزیکو اظهار کردند که قله‌ی جزیره‌ی اَبَر سنگین پایداری متعلق به عنصر 114 با تعداد 184 نوترون است و ایزوتوپ‌های این عنصر با سیرِ کاهشیِ تعداد نوترون‌ها در شیب تدریجی این کوه قرار می‌گیرند. در سال 1976 میلادی، فیزیک‌دان دانمارکی یورگی رندراپ و همکاران وی اظهار داشتند که این شیب بسیار تندتر است و به دریای ناپایداری راه می‌برد. پیش بینی آنان به همراه امکان تعداد واکنش هسته‌ای، ما را به این فکر سوق داد که مسلماً ساخت هسته‌های پایدار با تعداد 184 نوترون بسیار مشکل خواهد بود. در سال 1989، فیزیک‌دانی لهستانی به نام زیگمونت پاتیک به همراهی تیم پژوهشی خود در انستیتوی مطالعاتی سولتان واقع در شهر ورشو، پیش بینی‌های سودمندی ارائه دادند. آن‌ها گفتند هسته‌های شامل 182 تا 184 نوترون پایدارترین‌هایند و حوزه‌ی وسیع‌تری از هسته‌ها با زمان نیم عمر قابل اندازه گیری را تا هسته‌هایی با 160 نوترون و عدد اتمی 110 پیش کشیدند. هسته‌هایی با عدد اتمی 112 و دارای 184 نوترون، کروی و بنا بر این نسبتاً پایدار خواهند بود، در حالی که هسته‌های دارای کم‌تر از 166 نوترون دچار تغییر شکل خواهند شد و بنا بر این ناپایدارتر خواهند بود. آخرین محاسبات حکایت از آن دارند که هیچ دریای وسیع ناپایداری در میان نیست که فاصله‌ای ژرف بین هسته‌های شناخته شده و هسته‌های اَبَر سنگین ایجاد کند. آن‌چه که هست شبه جزیره‌ای از هسته‌های نسبتاً پایدار است که از عدد اتمی 98 شروع و تا عدد اتمی 118 پیش می‌رود.
سنتز عناصر اَبَر سنگین کاری چندان ثمر بخش نبوده است چرا که امکان هم‌جوشی هسته‌ها برای تشکیل هسته‌ی نوبنیاد پایدار نسبتاً اندک است: احتمالی بسیار کم‌تر از یک در یک میلیارد واکنش هسته ای. باقی واکنش‌ها منجر به شکافت و در نتیجه تخریب هسته‌ها می‌شوند. این احتمالِ بسیار اندک، به معنای تولید فقط سه اتم در طول هر شبانه روز بمباران هسته‌ی هدف است. پتر آمبروستر، یکی از چهره‌های شاخص در زمینه‌ی مطالعات هسته‌ای که در دارمشتات آلمان مشغول پژوهش بود، روشی تجربی برای تخمین احتمال هم‌جوشی دو هسته با در دست داشتن تعداد پرتابه‌ها و نوع هسته‌ی هدف ارائه داد. با انجام واکنش هسته‌ای هم‌جوشی، بقای هسته‌ی نوبنیاد به این بستگی خواهد داشت که در ابتدا هسته‌ی مزبور انرژی برانگیختگی‌اش را به همراه نوترون‌ها از دست بدهد یا نه. با زدایش نوترونی به روشی که پیش‌تر گفته شد، هسته به ازای هر نوترون حدود ده مگا الکترون ولت از انرژی برانگیختگی‌اش را از دست می‌دهد. اگر انرژی برانگیختگی پایین باشد، بخش اعظم آن همراه با نوترون‌ها رها می‌شود و هسته‌ی نوبنیاد بخت بیش‌تری برای بقا خواهد داشت، و در غیر این صورت، هسته دچار شکافت می‌شود. از روی جدول جرم‌های اتمیِ اندازه گیری شده و پیش بینی شده، می‌توان انرژی هسته‌های نوبنیاد را برآورد کرد. بقای سیستم هم جوشیده (fused system) را با این قاعده‌ی تجربی می‌توان تخمین زد که در ازای هر هسته‌ی نوبنیادِ باز مانده در پیِ گسیل یک نوترون، یک‌صد هسته‌ی نوبنیاد دیگر در پیِ شکافت از بین خواهد رفت.
برای نمونه، سنتز عنصر 108 را در نظر بگیرید. واکنش هسته‌ایِ به کار رفته عبارت بود از پرتاب هسته‌ی آهن 58 (عدد اتمی 26) روی هدفی از سرب 208 (عدد اتمی 82). حاصل این سنتز هسته‌ای، هسته‌ی عنصر 108 با انرژی برانگیختگی درحدود 20 تا 23 مگا الکترون ولت خواهد بود. بر پایه‌ی قاعده‌ی تجربی آمبروستر، تخمین زده می‌شود که از هر یک میلیون واکنش، تنها یکی منجر به هم جوشی خواهد شد. با احتمال بقای یک در ده هزار برای این هم‌جوشی هم می‌توان دریافت که احتمال به دست آمدن محصول نهایی یک در ده هزار میلیون خواهد بود. این احتمال، مطابقت کامل با میزان بازدهی واکنش هسته‌ای سنتز عنصر 108 دارد. اگر هسته‌ی نوبنیاد عنصر 108، انرژی برانگیختگی پایین در سایه‌ی پیوندهای قوی لایه‌های درون هسته‌ای عنصر هدف (سرب) نمی‌داشت، عملاً سنتز این عنصر غیر ممکن می‌شد. تاکنون بیش از بیست و پنج مورد تلاش در راه سنتز آزمایش‌گاهیِ عناصر اَبَر سنگین گزارش شده است و بیشترین مطالعات بر روی واکنش بین کلسیم 48 (عدد اتمی 20) و کوریم 248 (عدد اتمی 96) انجام گرفته است. از این واکنش، هسته‌های سنگین، با بیشترین تعداد نوترون به دست می‌آید و از این رو باید پایدارترین هسته‌های سنتزی باشند. برآوردها نشان می‌دهد که هسته‌ی نوبنیاد عنصر 116 باید انرژی برانگیختگی‌ای در حدود 30 مگا الکترون ولت داشته باشد. این مقدار انرژی به معنای احتمال بقای یک در میلیون برای این هسته است. اگر احتمال هم‌جوشی هسته‌های هدف و هسته‌های پرتابه سه در یک میلیون واکنش باشد، آن گاه احتمال تشکیل هسته‌ی بازماننده، سه در یک میلیون میلیون واکنش خواهد بود. اما حد پایینِ احتمالِ لازمِ عملی برای تشکیل این عنصرِ نوبنیاد، بین ده تا صد در یک میلیون میلیون است. پس شکست تلاش‌های انجام یافته برای سنتز عنصر 116 نباید چندان شگفتی آور باشد.
در روشِ دیگرِ سنتز هسته‌های ابر سنگین، به جای تشکیل عنصر مرکب متشکل از همه‌ی پروتون‌ها و نوترون‌های دو عنصر هدف و پرتابه، فقط بخشی از هسته‌ی پرتابه به هسته‌ی هدف افزوده می‌شود. در حقیقت، مطالعات به عمل آمده در مورد واکنش بین هسته‌های اورانیم 238 که در آن، حدود 20 نوترون یا بیشتر، از هسته‌ی پرتابه به هسته‌ی هدف انتقال می‌یافت و انرژی برانگیختگی حاصله در هسته‌ی نوبنیاد مقدار متوسطی داشت، برخی از پژوهش‌گران را به سوی اندیشه‌ی امکان ساخت عناصر اَبَر سنگین سوق داد. اما احتمال برآورد شده برای تشکیل عنصر اَبَر سنگین در این روش هم بین یک تا ده در یک میلیون میلیون واکنش خواهد بود که هنوز پایین‌تر از حد آشکار سازی تجربی تشکیل عنصر سنتزی است.
آشکار سازی عنصر نوبنیاد، بی‌تردید مشکل است. برای اثبات کار باید تفاوت عدد اتمی نوع نوبنیاد با عدد اتمی کلیه‌ی عناصر شناخته شده را نشان داد. عناصر 95 تا 101 به روش شیمیایی، یعنی تهیه‌ی نمک‌های هر کدام و جدا سازی یون‌های آن‌ها با استفاده از ستون تبادل یونی، شناخته شده‌اند. ترتیب تبادل یونی هر عنصر در ستون رزینی، برای هر عنصر، متفاوت از دیگر عناصر است و از روی همین تفاوت است که می‌توان عناصر فوق را شناسایی کرد. این روش، شباهت کامل به جداسازی مولکول‌های متفاوت از نظر وزنی و میل ترکیبی در روش کروماتوگرافی دارد. اما روش شیمیایی نمی‌تواند در مورد عناصری با زمان نیم عمری در حدود چند ثانیه کاربرد داشته باشد و به همین خاطر در آشکار سازی عناصر بالاتر از عدد اتمی 101، از این روش استفاده نمی‌شود. در این جا تکیه بر روش‌های ظریف‌تری است. محصول واکنش‌های تباهی پرتوزا را مورد شناسایی قرار می‌دهیم و به شناسایی عنصر رادیو اکتیو مورد نظر می‌رسیم. در حقیقت، عنصر نوبنیاد از روی آثار بعدی‌اش تشخیص داده می‌شود. سنگین‌ترین هسته‌های بازماننده عملاً مسیر تباهی را با از دست دادنِ ذرات آلفا (هسته‌ی هلیم) یا شکافت خود به خودی می‌پیمایند. تباهی عنصری با از دست دادن ذره‌ی آلفا منجر به تشکیل هسته‌ی معروف به هسته‌ی دختر (daughter nucleus) می‌شود که عدد اتمی آن دو واحد و جرم اتمی‌اش چهار واحد کم‌تر از عنصر تباهی یافته خواهد بود. هسته‌ی دختر، خود نیز مسیر تباهی را با گسیل ذره‌ی آلفا پی می‌گیرد، اما این بار زمان نیم عمر تباهی مشخص بوده و بدین ترتیب، عنصر دختر، قابل شناسایی خواهد بود. با تشخیص عدد اتمی عنصر دختر، مستقیماً می‌توان به تعیین عدد اتمی عنصر نوبنیاد اولیه دست یافت. عناصر 104 تا 109 با این روش ژنتیکی شناخته شده‌اند. انتظار می‌رود عنصر 110 زمان نیم عمر معقولی در مسیر فروپاشی با تباهی آلفا داشته باشد. اما عناصر اَبَر سنگین، و به عبارت دیگر، همسایگان عنصر 114، ممکن است دچار تباهی خود به خودی هم بشوند. در چنین شرایطی، تشخیص این که آیا اساساً عنصر نوبنیادی در میان هست یا نه، بسیار مشکل خواهد بود، زیرا هنوز دستگاه مناسبی برای اندازه گیریِ آنیِ اعداد اتمیِ ترکش‌های فروپاشی در دست نیست.
ویتالی گینزبورگ، فیزیک‌دان روس، اظهار کرد که سنتز عناصر اَبَر سنگین یکی از بیست و اندی مسائل پر اهمیت و جالب توجه جهان فیزیک است. بی‌تردید تعیین خواص هسته‌ای عناصر اَبَر سنگین و واکنش‌های هسته‌ای برای سنتز آن‌ها یکی از دشوارترین وظایفی است که بر دوش علم فیزیک سنگینی می‌کند. با این وجود بر این باور هستیم که هسته‌های اَبَر سنگین باید وجود داشته باشند. زمان نیم عمر آن‌ها کافی برای آشکار سازی آزمایشگاهی اما بسیار کوتاه برای موجودیت طبیعی خواهد بود. اکنون اساسی‌ترین بایسته در برابر ما، پیش برد حساسیتِ دستگاه‌های آشکار ساز است. باید کوشش در تشخیص عناصر اَبَر سنگین را بر آشکار سازی بهتر ترکش‌های حاصل از شکافت خود به خودی و اندازه گیری دقیق‌تر عدد اتمی متمرکز کرد.
/ج
.jpg "5 ابزار ضروری برای زنده ماندن در صعودهای زمستانی")
