Тяжесть лучей: Навстречу «Острову стабильности»

Вопрос о существовании сверхтяжелых элементов, выходящих за верхние пределы Таблицы Менделеева, возник сразу после ее появления. Сегодня многие из них получены искусственно. К примеру, прибавлением нейтронов к ядрам тяжелых элементов: нейтрон претерпевает бета-распад, вместо нейтрона появляется протон: заряд ядра повышается на единицу — и появляется новый элемент. Технические ограничения позволили получить таким путем элементы номером вплоть до 100-го (фермий).

Сегодня ученые применяют другой подход — столкновение ядер, предварительно разогнанных на ускорителе — и не так давно в подмосковной Дубне добрались до элементов с номерами 117 и 118. Однако в природе — при взрывах сверхновых звезд — достижимы такие плотности нейтронных потоков при таких высоких энергиях, что и «прибавление нейтронов» вполне может работать для образования элементов зарядом более 100. Действительно ли в космосе действует такой механизм и появляются сверхтяжелые элементы?

Этот вопрос особенно интересен в свете современной теории, которая ставит стабильность существования атома в зависимость именно от стабильности его ядра. Если «в целом» нестабильность растет с увеличением атомного номера (которое соответствует числу протонов в ядре), то имеются и важные исключения. Расчеты показывают, что стабильными оказываются изотопы с четным числом протонов и нейтронов, а среди них наиболее стабильны ядра, содержащие так «магическое число» нейтронов или протонов (2, 8, 20, 50, 82, 126), у которых полностью заполнены нейтронные и протонные оболочки (кальций, олово, свинец, уран). В таком случае, как предсказывает теория, должны существовать и сверхтяжелые стабильные элементы. Подтверждение существования этого «острова стабильности» — одна из очень актуальных проблем современной науки.

Возможно, обитателей «острова стабильности» удастся не только получить в ускорителях, но и обнаружить на просторах Вселенной. Весьма вероятно, они разносятся именно в составе космических лучей. Однако обнаружить их здесь — непростая задача. Именно над этим и работают ученые из проекта «Олимпия». Космические лучи примерно на 90% состоят из легчайших ядер водорода, протонов, на 7% — из ядер гелия (двух протонов и двух нейтронов), на 1% — из электронов. Если в них и есть особенно тяжелые ядра, то их особенно мало, и «поймать» их нет почти никакой практической возможности.

Поэтому ученые из ФИАН и ГЕОХИ подошли к поискам с другой стороны, исследуя обломки палласитов, метеоритов, содержащих кристаллы оливина. Эти кристаллы являются как бы естественными детекторами: за сотни миллионов лет существования сквозь них успели промчаться бесчисленные частицы космических лучей. Показано, что каждый кубический сантиметр такого кристалла хранит память о нескольких тысячах встреч с ядрами тяжелых элементов, их следы буквально застыли в кристалле.

Образцы, имеющиеся в распоряжении ученых — железно-никелево-оливиновые метеориты Марьялахти и Eagle Station, возраст которых оценивается в 185 и 300 млн лет, соответственно. Полупрозрачные кристаллы оливина можно наблюдать даже с помощью оптических микроскопов. Ученые использовали автоматизированный комплекс, который ведет существенную часть работы самостоятельно, проводя поиск дефектов в кристалле, вызванных прохождением тяжелых частиц, автоматически определяя геометрию треков, которая определяется зарядом и массой частицы.

Таким путем российскими учеными выявлены данные о примерно 6 тыс. ядер зарядом более 55. А совсем недавно были обнаружены и идентифицированы треки трех ультратяжелых ядер галактических космических лучей, заряд которых, по первым оценкам, находится в интервале от 105 до 130. Фактически, им удалось подтвердить экспериментально гипотезу о существовании «острова стабильности» в природе.

По сообщению «ФИАН-Информ»