В поисках стабильности сверхтяжелых элементов: взгляд со звезд

к Лиам О'Коннор
5 Комментарии
superheavy elements

Поиски стабильных сверхтяжелых элементов, по оценкам, имеющих около 164 протонов, продолжаются, поскольку ученые исследуют возможность того, что астероиды могут служить хранилищами для этих неуловимых атомных структур. Текущие космические усилия направлены на поиск и изучение образцов астероидов на предмет следов таких элементов, что, возможно, изменит наше понимание теории атома и Вселенной в целом.

Исторически открытие новых элементов было важной научной амбицией, поскольку прогресс в понимании строения атома и ядерная наука позволяли трансмутировать элементы, что когда-то было сферой алхимических устремлений.

В последние годы исследовательские группы из таких стран, как США, Германия и Россия, использовали сложные технологии для синтеза атомных ядер, что привело к созданию новых сверхтяжелых элементов.

Эти элементы известны своей нестабильностью из-за увеличения количества протонов в их ядрах, что обычно приводит к тому, что электромагнитные силы превосходят ядерные силы, связывающие ядро. В настоящее время в таблицу Менделеева входят элементы с числом протонов до 118.

Была выдвинута гипотеза, что «магическое число» примерно в 164 протона может достичь равновесия, при котором ядерные силы противодействуют электромагнитному отталкиванию, что приводит к гипотетическому «острову стабильности».

Поскольку лабораторный синтез оказывается сложной задачей, исследователи расширяют свои поиски на внеземные источники. Понимание свойств этих элементов, таких как их плотность массы, является важнейшим аспектом этого поиска.

Оценка массовой плотности

Мои коллеги и я приступили к оценке массовой плотности этих сверхтяжелых элементов, что является ключевым моментом в понимании их ядерного поведения и потенциальных укрытий.

Наш подход заключался в моделировании этих элементов в виде больших заряженных облаков — метод, особенно подходящий для атомных структур больших размеров, особенно металлических в решетке. Проверка нашей модели на основе известных плотностей позволила нам предсказать плотность элементов внутри предполагаемого острова стабильности.

Наши консервативные расчеты показывают, что стабильные сверхтяжелые металлы с атомными номерами около 164 могут иметь плотность от 36 до 68 г/см³. Однако, учитывая консервативный характер наших предположений, реальные цифры могут быть значительно выше.

Связь между астероидами и плотными элементами

Гипотеза о том, что тяжелые элементы, такие как золото, были доставлены на Землю астероидами, подтверждает возможность того, что сверхтяжелые элементы могли постичь аналогичную судьбу. Однако из-за геологических процессов, таких как тектоническая субдукция, такие элементы, скорее всего, опускаются под земную кору, делая их недоступными. И наоборот, астероиды могут сохранить эти элементы.

Самый массивный известный астероид, получивший название Полигимния, демонстрирует расчетную плотность, которая намного превосходит плотность осмия, самого плотного элемента, встречающегося в природе на Земле, хотя эти измерения сопровождаются неопределенностью из-за логистических проблем оценки удаленных небесных тел.

Астрономические явления, такие как слияние двойных звезд, могут создать необходимые условия для образования стабильных сверхтяжелых элементов. Впоследствии эти элементы могли оставаться заключенными в астероидах на протяжении тысячелетий.

Ближайшие перспективы

Миссия Европейского космического агентства Gaia призвана предоставить самую подробную на сегодняшний день трехмерную карту небесного мира, которая могла бы выявить астероиды с аномальной плотностью, указывающей на присутствие сверхтяжелых элементов.

Миссии по поиску образцов, такие как OSIRIS-REx НАСА, уже вернули материалы с астероидов низкой плотности, анализы которых находятся на начальных этапах. Хотя перспективы остаются невеликими, есть вероятность, что эти образцы содержат сверхтяжелые элементы.

Кроме того, ожидается, что миссия НАСА «Психея» соберет данные с металлического астероида, что потенциально увеличит вероятность обнаружения сверхтяжелых элементов. Продолжение таких миссий обещает углубить наше понимание космоса и эволюции нашей Солнечной системы.

Автор: Иоганн Рафельски, профессор физики Университета Аризоны, при участии Эвана Лафоржа и Уилла Прайса, студентов-физиков университета.

Эта адаптация, основанная на статье из The Conversation, предлагает понимание оригинального исследования, опубликованного в The European Physical Journal Plus.

Цитирование: Лафорж Э., Прайс В. и Рафельски Дж. (2023). Сверхтяжелые элементы и сверхплотная материя. Европейский физический журнал Plus, DOI: 10.1140/epjp/s13360-023-04454-8.

Часто задаваемые вопросы (FAQ) о сверхтяжелых элементах

Что такое сверхтяжелые элементы и почему они важны?

Сверхтяжелые элементы — это атомные элементы с большим количеством протонов в ядрах, которые, как предполагается, обладают уникальными свойствами стабильности. Они важны, поскольку могут расширить наше понимание таблицы Менделеева и дать представление о ядерной физике и космическом образовании.

Как астероиды могут быть связаны со сверхтяжелыми элементами?

Астероиды могут содержать сверхтяжелые элементы, потенциально доставив эти плотные материалы на Землю, как и другие тяжелые металлы. Ученые предполагают, что стабильные версии этих элементов все еще могут находиться в ядрах астероидов.

Что такое «остров стабильности» в ядерной физике?

«Остров стабильности» относится к предсказанной зоне в периодической таблице, где сверхтяжелые элементы с определенным количеством протонов (около 164) могут демонстрировать стабильность благодаря балансу ядерных сил, в отличие от большинства тяжелых элементов, которые нестабильны.

Каковы проблемы обнаружения сверхтяжелых элементов?

Обнаружение сверхтяжелых элементов затруднено из-за их нестабильности и редкости. Их трудно создавать и поддерживать в лабораторных условиях, и считается, что они практически исчерпаны на поверхности Земли из-за геологических процессов.

Как будущие космические миссии могут помочь в изучении сверхтяжелых элементов?

Будущие космические миссии могли бы помочь, извлекая образцы астероидов и возвращая их на Землю для анализа. Такие миссии, как OSIRIS-REx и Psyche НАСА, направлены на сбор данных и образцов с астероидов, которые могут содержать эти неуловимые элементы, открывая новые возможности для исследований.

Подробнее о сверхтяжелых элементах

Вам также может понравиться

5 Комментарии

Майк О'Рейли 1ТП2Т - 1ТП3Т

отличная статья, но во втором абзаце опечатка, когда речь идет об элементах, следует писать «имеет», а не «имеет».

Отвечать
Итан К. 1ТП2Т - 1ТП3Т

часть об острове стабильности интересна, но как они вообще предсказывают, что 164 - это магическое число, мне кажется немного случайным

Отвечать
Саманта Б. 1ТП2Т - 1ТП3Т

Должен сказать, очень здорово думать о том, какие тайны могут храниться в астероидах, никогда раньше не думал об этом так

Отвечать
Дженна Смит 1ТП2Т - 1ТП3Т

здесь действительно интересные вещи, но я думаю, вы могли бы углубиться в то, как именно создаются эти элементы? как в звездах или что-то в этом роде

Отвечать
Люси Мендоса 1ТП2Т - 1ТП3Т

упустил возможность связать это с более широкой картиной, например, как это повлияет на меня или на обычного человека, имеет ли это практическое применение?

Отвечать

Оставить комментарий

* Используя эту форму, вы соглашаетесь с хранением и обработкой ваших данных на этом сайте.

1ТП1Т — веб-ресурс, посвященный предоставлению актуальной информации о быстро меняющемся мире науки и технологий. Наша миссия — сделать науку и технологии доступными для всех через нашу платформу, объединяя экспертов, новаторов и ученых, чтобы поделиться своими знаниями и опытом.

Подписаться

Подпишитесь на мою рассылку, чтобы получать новые сообщения в блоге, советы и новые фотографии. Давайте оставаться в курсе!

© 2023 1ТП1Т

ru_RUРусский