Hrubou silou k ostrovu, který nikdo neviděl
Jak se vyrábí neexistující prvek
V učebnicích má periodická tabulka 118 prvků. Poslední — oganesson — byl vyroben v roce 2002 a oficiálně uznán v 2016. Byla to obrovská práce: kousky kalcia se střílely na terč z berkelia rychlostí mezi 90 a 120 tisíci kilometry za sekundu, dokud jedno z jader nestihlo zachytit dvě částice najednou.
Za celé experimenty se podařilo vyrobit pár jednotlivých atomů. Ty vydržely asi tisícinu sekundy.
Proč 119 je problém
Pro oganesson (118) jsme použili berkelium jako terč. Pro 119 bychom potřebovali einsteinium — a einsteinium je tak nestabilní a nedostupné, že nikdo nemá dost na výrobu terče.
Cesta přes kalcium je vyčerpaná. Zkouší se jiné projektily, ale výsledky jsou mizivé.
Mnoho lidí věří, že to je jen technická překážka — že si s tím časem poradíme. Jiní věří, že za 118 je "ostrov stability", kde by se nacházel nějaký super těžký, ale relativně trvanlivý prvek.
Co říká naše teorie
Podle Alexandria Dynamics má tabulka fyzikální limit u 126. Prvky 119 až 126 by šlo vyrobit, ale za 126 už to prostě nejde, ať se snažíme jakkoliv.
126 není náhodné číslo. Je to magické číslo (to je technický termín ze jaderné fyziky pro počet nukleonů, které tvoří uzavřenou vnitřní slupku). A kombinuje se v naší teorii s geometrií způsobem, který stvrzuje že dál už prostě není prostor.
Tuto předpověď je možné vyvrátit — stačí vyrobit prvek 127. Pokud se to někdy povede, naše teorie je špatně. Zatím se to nepovedlo.
Proč je to zajímavé
Obvykle fyzika říká "zkuste to silněji, vrtejte hlouběji, máme víc energie". Existuje víra, že příroda se dá obejít pokud máme dost technologie.
Ale některé věci mají prostě limit. Rychlost světla je limit. Kvantová neurčitost je limit. A podle nás má počet prvků taky limit. Je to přiznání, že vesmír má svá pravidla — a my se je učíme rozpoznávat.
Tabulka, která už není kompletní
Periodická tabulka, kterou jste viděli ve škole, končí někde u prvku 118 (oganesson). Všech 24 prvků za uranem (od neptunia po oganesson) bylo vyrobeno člověkem. V přírodě nikde neexistují — leda v okamžiku po obří hvězdné explozi, a to na zlomky sekund.
Přesto o nich víme. A víme i to, že někde dál v tabulce — kolem prvků 120-126 — by mohl existovat zvláštní region, kde nové prvky vydrží mnohem déle. Ne navždy, ale možná hodiny nebo dny místo zlomků sekundy. Říká se mu ostrov stability.
Jak se vyrábí prvek, který neexistuje
Návod je jednoduchý a brutální: vezmete těžké atomy jako terč (typicky kalifornium nebo americium) a střelíte do něj proudem lehčích jader (typicky vápník-48). Doufáte, že se srazí přesně tak, aby splynula do jednoho většího jádra dřív, než se navzájem rozprsknou.
Úspěch se měří v pikobarnech — jeden z bilionu bilionů shod. Strefa správně jednou z bilionu pokusů. A když se to povede, máte mikrosekundy na to, aby experiment zachytil rozpadovou stopu.
Proč jsme uvízli
Celá 7. řada periodické tabulky — od prvku 113 po 118 — byla dokončena jedním trikem: vápník-48 jako střela a aktinidové terče (uran, americium, kalifornium). Tento postup je vyčerpaný.
Proč? Aktinidové terče pro prvek 119 a dál v podstatě nelze získat. Materiál, ze kterého by se musely vyrobit, je sám syntetický a vzniká v miligramových množstvích. Nemáme dost. Možná nikdy mít nebudeme.
Nová sada nářadí
Musíme vyměnit nářadí. Místo vápníku použít těžší střely: titan, chrom, nikl. Tím se otevírá nová sada možností. Naše analýza 84 různých kombinací terč-střela ukázala, že jeden konkrétní pár vyniká.
Ten pár: kalifornium-249 jako terč a nikl-64 jako střela. Výsledek: prvek 126 s 184 neutrony — 'doubly magic' jádro. Magická čísla v jaderné fyzice znamenají uzavřené slupky neutronů a protonů, podobně jako vzácné plyny mají uzavřené elektronové slupky. Doubly magic = uzavřené v obou.
Proč nikl-64
⁶⁴Ni má jednu vlastnost, kterou ostatní střely nemají: dvacet osm protonů (samo o sobě magické číslo) a vysoký poměr neutronů k protonům 1.286. To znamená, že už ze startu má vyšší 'rezervu' neutronů, které jsou v cílovém prvku potřeba.
Problém: tato fúze je dynamicky velmi obtížná. Jádra se v ní rozpouštějí v procesu zvaném quasifission dříve, než stihnou splynout. Šance jsou astronomicky malé, ale jsou.
Co bychom tím získali
Nikdo nečeká, že prvek 126 bude tvořit šperky, baterie nebo kvantové počítače. Atom dlouhý hodinu není moc užitečný materiál. Cíl je jiný:
Ověřit, jestli ostrov stability vůbec existuje. Pokud ano, ukáže nám to, že modelu jaderných sil rozumíme až k jeho hranicím. Pokud ne, budeme vědět kde se ten model láme.
To je smysl základní vědy: ne vyrábět nové věci, ale ohraničovat mapy svého vlastního nevědomí.