وب کلیک

سازمان ملل، سال ۲۰۱۹ را سال جهانی جدول تناوبی اعلام کـــرد؛ آیا به پایان جدول تناوبی رسیده‌ایم؟

۲۲ خرداد ۱۳۹۷

سال بعد، صد و پنجاهمین سالگرد فرمول‌بندی جدول تناوبی توسط دیمتری مندلیف هست، جدولی که پایان عناصر ساخانومده‌ی کائنات (حداقل تا جایی که ما می‌دانیم) را به شکلی منظم و زیبا، ساماندهی می‌کند. به همین معقولت، سازمان ملل، سال ۲۰۱۹ را، سال جهانی جدول تناوبی عناصر شیمیایی (IYPT 2019) اعلام کـــرده هست. این در حالی هست که این جدول ۱۵۰ ساله، هنوز در حال رانجام گرفت هست و در سال ۲۰۱۶، چهار عنصر جدید به آن اضافه انجام گرفتند! تعداد روز پیش، مقاله‌ی جالبی با همین موضوع و درباره‌ی محدودیت‌های جدول تناوبی به قلم فیزیکدان هسته‌ای دانشگاه میشیگان، ویتولد نزارویچ در مجله‌ی معتبر  Nature Physics منتشر انجام گرفت. با وب کلیک همراه باشید…

میهمانان تازه‌وارد جدول تناوبی ، نیهونیوم (nihonium)، مسکوویوم (moscovium)، تنسین (tennessine) و اگنسون (oganesson) هستند. اعداد اتمی آنها (یا همان تعداد پروتون‌های درون هسته که ویژگی‌های شیمیایی و مکان آنها را در جدول مشخص می‌کند) به ترتیب ۱۱۳، ۱۱۵، ۱۱۷ و ۱۱۸ هست. یک دهه طول کشید تا با تلاش جهانی، این چهار عنصر تایید شوند و اکنون وب کلیکان با تعجب می‌پرسند: این جدول تا کجا می‌تواند پیش رود؟ اکنون می‌خواهیم پاسخ‌ را در مقاله‌ی تازه‌ منتشر انجام گرفته‌ی ویتولد نزارویچ بیابیم.

پایان عناصر دارای زیاد از ۱۰۴ پروتون، به عنوان عناصر فوق سنگین نامگذاری می‌شوند و بخشی از سرزمین وسیع و ناشناخته‌ای هستند که وب کلیکان تلاش می‌کنند آن را کشف کنند. پیش‌بینی می‌شود اتم‌های با زیاد از ۱۷۲ پروتون می‌توانند به طور فیزیکی، هسته‌ای را شکل دهند که با نیروی هسته‌ای به یکدیگر مقید انجام گرفته‌اند. این نیرو، چیزی هست که از فروپاشی و تجزیه‌ی آنها جلوگیری می‌کند، اما تنها برای کسر کوچکی از یک ثانیه. این هسته‌های ساخته‌انجام گرفته در آزمایشگاه، زیاد ناپایدار هستند و به طور خودبخودی و سریعا پس از شکل‌گیری، واپاشی می‌کنند. برای هسته‌های سنگین‌تر از اگنسون، این فرآیند می‌تواند آنقدر سریع باانجام گرفت که حتی زمان کافی برای جذب و به دام انداختن یک الکترون برای شکل‌ دادن یک اتم وجود ندارد. در نتیجه آنها پایان طول عمر خود را به صورت اجتماعی از پروتون‌ها و نوترون‌ها می‌گذرانند.

چنین پدیده‌ای، روشی را که امروزه وب کلیکان برای درک و تعریف اتم‌ها هستفاده می‌کنند، به چالش خواهد کشید. اتم‌ها دیگر نمی‌توانند به صورت یک هسته‌ی مرکزی با الکترون‌هایی که در اطراف آنها می‌چرخند، مانند سیاره‌هایی که به دور خورشید می‌چرخند، توصیف شوند.  اینکه آیا این هسته‌ها ابداً می‌توانند تشکیل شوند، هنوز یک راز هست.

وب کلیکان، به آرامی، اما با قطعیت، در حال واکاوی این ناحیه هستند، آنها عنصر به عنصر، در حال سنتز هستند، اما نمی‌دانند چیزهایی که سنتز می‌کنند، مانند چه چیزی خواهند بود یا در نهایت به کجا ختم خواهند انجام گرفت؟ جستجو برای عنصر ۱۱۹ در تعدادین آزمایشگاه در حال انجام هست، به خصوص در روسیه، آلمان و ژاپن. نزارویچ می‌گوید:

نظریه‌ی هسته‌ای، فاقد توانایی پیش‌بینی قابل اطمینان شرایط بهینه‌‌ی لازم برای سنتز عناصر فوق سنگین هست، بنابراین شما مجبورید حدس بخانومید و آزمایش‌های همجوشی را انجام دهید تا تایمی چیزی پیدا کنید. به این شیوه، شما می‌توانید سالها آزمایش انجام دهید!

اگرچه موسسه FRIB در دانشگاه میشیگان قصد ندارد این سیستم‌های فوق سنگین را تولید کند، اما حداقل در طراحی فعلی‌اش، می‌تواند نشان دهد چه واکنش‌هایی می‌تواند هستفاده شود. اگر عنصر ۱۱۹، تایید شود، ردیف هشتم به جدول تناوبی اضافه خواهد انجام گرفت. نزارویچ می‌گوید:

 این کشف، خیلی دور از دسترس نیست. شاید همین روزها و یا شاید دو یا سه سال دیگر. ما نمی‌دانیم. آزمایش‌ها در حال پیشرفت هستند.

سوال هیجان‌انگیز دیگری باقی می‌ماند: آیا هسته‌های فوق سنگین می‌توانند در فضا تولید شوند؟ تصور بر این هست که این عناصر می‌توانند در ترکیب‌ ستارگان نوترونی ساخته شوند، یک برخورد ستاره‌ای آنقدر قدرتمند هست که به معنای واقعی کلمه، جهان را بلرزاند. در چنین محیط‌های ستاره‌ای، جاییکه نوترون‌ها فراوان هستند، یک هسته می‌تواند با نوترون‌های افزایش و افزایشی همجوشی کند تا یک ایزوتوپ سنگین‌تر را شکل دهد. این عنصر، تعداد پروتون برابری با عنصر نخستیه خواهد داشت و بنابراین، همان عنصر نخستیه هست، اما سنگین‌تر. این مکان چالش، این هست که هسته‌های سنگین، زیاد ناپایدار هستند به گونه‌ای که خیلی قبل‌تر از اضافه انجام گرفتن نوترون‌های افزایش و تشکیل هسته‌های فوق سنگین، می‌شکنند. این امر، مانع تولید آنها در ستارگان خواهد انجام گرفت. امید هست که وب کلیکان از طریق شبیه‌سازی‌های پیشرفته بتوانند این هسته‌های گریزان را از طریق الگوهای مشاهده‌ انجام گرفته‌ی عناصر سنتزانجام گرفته ببینند. با پیشرفت توانایی‌های آزمایشگاهی، وب کلیکان عناصر سنگین‌تر را دنبال می‌کنند تا آنها را به جدول بازسازی انجام گرفته اضافه کنند. در ضمن، آنها به دنبال کشف کاربردهای شگفت‌انگیز این سیستم‌های عجیب هستند. نزارویچ می‌گوید:

ما نمی‌دانیم آنها شبیه چه هستند و این چالش‌برانگیز هست. اما چیزی که تاکنون آموخته‌ایم احتمالا می‌تواند به معنای پایان جدول تناوبی به صورتی که می‌شناسیم باانجام گرفت.