МОСКВА, 26 мая — РИА Новости, Илья Ферапонтов. Группа ученых под руководством Амнона Маринова из Иерусалимского университета утверждает, что им удалось зафиксировать следы сверхтяжелого элемента с атомным номером 122 в природном образце тория. Однако другие физики выражают серьезные сомнения в достоверности полученных ими результатов.
Самый тяжелый элемент, который был искусственно синтезирован к настоящему времени, имеет атомный номер 118 и получил условное название "унуноктий" (от латинского названия цифр номера), а самый тяжелый природный элемент — уран — имеет атомный номер 92.
Элементы тяжелее урана удавалось получить в ядерных реакторах, самый тяжелый из них — фермий с номером 100. Все более тяжелые ядра были получены на ускорителях заряженных частиц, в которых сталкиваются разогнанные до высоких скоростей ядра и частицы. В результате столкновений образуются ядра сверхтяжелых элементов, которые существуют очень короткое время, а затем вновь распадаются. Благодаря следам этого распада и определяют, что синтез тяжелого ядра удался.
Поэтому сообщение, что 122-й элемент был обнаружен в природном образце, может стать сенсацией для физиков.
В статье, размещенной в электронной библиотеке Корнеллского университета, Маринов и его соавторы сообщают, что, исследуя образец тория методом масс-спектрометрии, они зафиксировали следы сверхтяжелого ядра с атомной массой 292.
"Измеренная масса соответствует предсказаниям для массы изотопа с атомным номером 122 или ближайших к нему элементов", — говорится в статье.
По оценке исследователей, период полураспада этого элемента составляет сотни миллионов лет.
Охота за сверхтяжелыми ядрами
В 1950-1970-е годы физика высоких энергий, и, в частности, синтез новых элементов, был почти настолько же важной сферой государственного престижа, как и исследования космоса. Физики СССР и США соперничали, кому первому удастся синтезировать новый элемент.
Синтез новых, все более тяжелых ядер требовал новых, более мощных, ускорителей. Самый тяжелый элемент с номером 118 был синтезирован в 2002-2005 годах в российском Объединенном институте ядерных исследований в сотрудничестве с Ливерморской национальной лабораторией (США).
Физики полагают, что, начиная с определенной массы, сверхтяжелые ядра могут быть стабильными. Была сформулирована теория "Острова стабильности", которые должны существовать вокруг элементов с номерами 108 и 114. Не исключено, что именно эти сверхтяжелые ядра могут существовать в природе.
Сверхтяжелые изомеры
Маринов однако заявляет, что в своих поисках сверхтяжелых элементов он основывался не на предсказании теории "Островов стабильности", а на предположении, что существуют так называемые долгоживущие изомерные состояния сверхтяжелых ядер.
"Атомные ядра могут иметь разную энергию и находиться в разных состояниях. Наинизшему уровню энергии соответствует основное состояние, в котором время жизни ядер обычно длиннее всего", — пояснил Маринов в интервью РИА Новости по электронной почте.
По его словам, кроме основного состояния каждое ядро может находиться в различных возбужденных состояниях, в которых ядра обычно имеют малое время жизни и быстро распадаются.
"Изомерные состояния — это возбужденные состояния, но с большим временем жизни. В некоторых случаях время жизни особых типов изомерных состояний может быть больше, чем время жизни основного состояния того же ядра", — сказал физик.
Он рассказал, что его работа по поиску в природе ядер сверхтяжелых элементов была начата еще в 1970-х годах, когда ему удалось обнаружить существование 112-го элемента с временем жизни несколько недель, при том, что у ядер этого элемента период полураспада около 34 секунд.
"Мы пришли к выводу, что обнаружено ядро не в нормальном основном состоянии, но в долгоживущем изомерном состоянии. В исследованиях различных ядерных реакций мы обнаружили некоторые тяжелые ядра в долгоживущем изомерном состоянии с временем жизни несколько лет", — сказал Маринов.
По его словам, такие состояния принадлежат к новому типу изомерных состояний — к так называемым высокоспиновым гипердеформированным изомерным состояниям.
"В этих состояниях ядра имеют форму скорее очень удлиненного эллипсоида, чем форму сферы, которая свойственна ядрам в основном состоянии. Это привело нас к поискам таких изомерных состояний в естественных материалах", — рассказал физик.
Собеседник агентства пояснил, что любое ядро, существующее в природе, должно иметь время жизни как минимум миллиарды лет, иначе оно бы распалось.
"Эта работа была начата в 2003 году, и недавно мы обнаружили долгоживущие изомерные состояния в естественно произведенном изотопе тория, который в основном состоянии имеет очень короткое время жизни — менее 0,1 микросекунды. Этот результат показал нам, что некоторые ядра способны стабилизировать сами себя, будучи в изомерном состоянии… Основываясь на этом результате, мы решили искать сверхтяжелые элементы в природе", — рассказал Маринов.
Ошибки спектрометра?
Ученые, которые занимаются синтезом ядер сверхтяжелых элементов, сомневаются в достоверности результатов работы группы Маринова.
Владимир Утенков, руководитель одной из групп Лаборатории ядерных реакций имени Флерова в подмосковной Дубне, где был получен самый тяжелый на сегодняшний день элемент с номером 118, выражает серьезные сомнения в том, что группе Маринова действительно удалось зафиксировать следы 122-го элемента.
"Все это выглядит довольно сомнительно", — сказал он в интервью РИА Новости.
Собеседник агентства рассказал, что сообщения группы Маринова об обнаружении 112-го элемента в природных образцах появлялись еще 2003 году, но были сочтены недостоверными.
Вместе с тем, Утенков рассказал, что поиски сверхтяжелых элементов в природе ведутся, однако они направлены на поиск значительно более легкого элемента — 108-го, который согласно одному из вариантов теории "Островов стабильности", может быть одним из наиболее долгоживущих элементов на таком острове.
"Одним из недостатков метода масс-спектрометрии в подобных экспериментах является вероятность ошибок, вызванных тем, что фиксируются следы молекул, которые принимают за тяжелые ядра. Летит не одно ядро, а летит молекула", — пояснил физик.
Требуется проверка
Один из соавторов исследования, профессор Илья Родюшкин (Ilia Rodushkin), руководитель лаборатории компании ALS Laboratory Group (Lulea, Sweden), где проводился эксперимент, признает, что на данном этапе нельзя со стопроцентной уверенностью говорить об обнаружении 122-го элемента.
"Данные, на мой взгляд, на данном этапе нельзя однозначно интерпретировать как "мы открыли новый элемент". При многократных анализах высоко концентрированного раствора тория был обнаружен сигнал с массой 292.262, который мы не можем на данный момент объяснить ни случайными изменениями фонового сигнала прибора, ни спектральными помехами от молекулярных ионов. В пределах погрешности масс-калибровки спектрометра, масса этого сигнала попадает в ту область, где теоретически должен был бы быть сигнал, обусловленный 122-м элементом. С этим трудно спорить", — сказал Родюшкин в интервью РИА Новости по телефону.
Вместе с тем, он подчеркнул, что представленные данные — не результат одиночного эксперимента и их трудно отнести на счет погрешности или ошибки прибора.
"Опыты повторялись в течение последних трех лет. Несмотря на малую амплитуду сигнала, он статистически выше фонового шума прибора, даже принимая во внимание увеличение фона за счет высокой концентрации тория в плазме. Мы уверены, что то, что мы видим, это не артефакт", — сказал ученый.
С другой стороны, по его словам, нельзя априори сказать, что учтены все теоретически возможные спектральные помехи от молекулярных ионов.
"Комбинаций трех-, четырех — или даже пятиатомных ионов может быть тысячи, хотя анализируемый раствор тория достаточно высокой чистоты, с низким содержанием примесей. Да, потенциальные помехи от очевидных молекулярных ионов не попадают на именно эту массу, о чем и сказано в этой статье. Например сигнал от ионов с массой 292 — 238U40Ar14N+ и 238U38Ar16O+ (сформированные в плазме из-за наличия следовых примесей урана в растворе тория) полностью разделены от неопознанного сигнала благодаря использованию масс-спектрометра с высоким разрешением. Но с другой стороны, я считаю, что до того, как уверенно говорить: "вот это — точно новый элемент", нужно подтверждение, по крайней мере, еще одним независимым методом", — сказал он.
По словам Родюшкина, существует еще по крайней мере два метода, с помощью которых можно подтвердить или опровергнуть полученный результат — масс-спектрометрия высокого разрешения с тлеющим разрядом (glow disharge high resolution mass spectrometry) и ускорительная масс-спектрометрия (acceleration mass spectrometry), с помощью которых можно анализировать пробы тория в твердом состоянии.
"Естественно, что это сложный, длительный и очень дорогой анализ, но, с другой стороны, используя эти два альтернативных метода, можно тогда будет говорить с гораздо более высокой степенью вероятности, что да, это новый элемент", — сказал собеседник агентства.
"При мысли, о том, что это действительно может быть новый элемент, естественно, я думаю, они (лаборатории, которые располагают этими методами) будут заинтересованы провести этот анализ", — добавил он.
Комментируя высказывания тех ученых, которые объясняют полученный группой Маринова результат тем, что они приняли за свидетельство существования сверхтяжелого элемента сигнал молекулярных помех, Родюшкин отметил, что не может принципиально отрицать такую возможность.
Вместе с тем, по их данным, теоретическая масса всех возможных молекул, которые могли попасть в спектр около массы 292, оказывались далеко от полученного "необъяснимого сигнала".
"Возможно математически перебирать, какие молекулы могут образовываться в плазме, и, зная точную массу составляющих элементов, предсказывать точную позицию в масс-спектре. Исходя из химического состава плазмы, окружающей атмосферы и аналитического раствора нам не удалось подобрать молекулярный ион с массой около 292.26. Хотя не исключено, что другие ученые укажут нам на возможные комбинации, которые мы не учли, — в этом и была одна из основных причин опубликования этих данных online", — заключил он.
