Новости

тигран оганесян.

Мировая ядерная физика ждала дубнинского эксперимента тридцать лет. Его важность состоит не только в том, что открыт новый элемент таблицы менделеева.

Тридцать лет над ядерной физикой висел дамоклов меч. Если бы результат эксперимента, о котором дубнинские физики сообщили в январе, оказался другим, красивое, хотя и недостроенное здание одной из самых смелых и противоречивых теорий хх столетия -- теории атомного ядра -- превратилось бы в руины.

Открытие совершено в лаборатории ядерных реакций имени флерова объединенного института ядерных исследований (ляр оияи, дубна). Была проведена бомбардировка плутониевой мишени ионами кальция-48, в результате которой обнаружен новый химический элемент, заполнивший пустовавшую 114-ю клетку в периодической системе элементов менделеева.

Пифагорейские чудачества природы.

Ну и что, -- спросит осведомленный читатель, -- в чем, собственно, принципиальная новизна полученного результата по сравнению с многочисленными аналогичными экспериментами? в конце концов, к сообщениям об обнаружении новых химических элементов за последние шесть десятилетий можно уже попривыкнуть. Первый трансурановый элемент (нептуний, 93) был синтезирован в 1940 г. В беркли (сша) абельсоном и макмилланом. За десять лет после этого открытия были получены еще пять элементов, а в 1952 г. При испытании на атолле бикини термоядерного устройства "майк" были синтезированы изотопы элементов 99 и 100 (эйнштейний и фермий).

С 1964-го по 1976 г. Были синтезированы элементы 104, 105 и 106 (параллельно в дубне и в беркли), а к 1984 г. В дармштадте (германия) были получены элементы с порядковыми номерами 107-110. Затем физики сделали незапланированную паузу -- целых десять лет у них ничего не получалось. Но благодаря проведенной за это время коренной модернизации ускорителя в дармштадте всего за несколько месяцев 1994 г. На установке ship были последовательно "созданы" аж три элемента -- 110, 111 и 112.

Чтобы объяснить, почему открытие 114-го элемента коренным образом отличается от всех предшествующих, придется совершить небольшой экскурс в историю физики. В этом году гипотезе о существовании ядерных оболочек исполняется ровно 50 лет. Название "оболочечная гипотеза" пришло из атомной физики: известно, что электроны в атомах размещаются на орбитах и химические свойства элемента принципиально зависят от заполненности внешней орбиты (как известно из школьного курса химии, на орбите, или оболочке, как называют ее физики, должно располагаться не более восьми электронов). Элементы с заполненной, или замкнутой, последней оболочкой химически пассивны (так называемые инертные газы).

Эксперименты сороковых годов с атомными ядрами свидетельствовали о том, что особенно пассивны в отношении ядерных реакций атомные ядра с числом протонов или нейтронов, равным 20, 28, 50, 82... Такие числа назвали магическими, но объяснить это пифагорейское чудачество природы в рамках существующих теорий не могли. В 1949 году физики предположили, что причиной "магической" стабильности ядер является замкнутость их ядерных оболочек. Естественным продолжением этой гипотезы стала попытка предсказать следующую за уже известными замкнутою ядерную оболочку. Бурное развитие теории в шестидесятые годы привело к вычислению нового "острова стабильности", ядра с числом протонов 114. Но добраться до него было нелегко. Время жизни новых синтезируемых сверхтяжелых ядер стало чудовищно низким: начиная со 104-го элемента счет пошел на доли секунды (для сравнения -- уран живет в природе миллиард лет). И если бы не теория оболочек, физики могли бы с чистой совестью завязать с новыми попытками искусственного синтеза, заявив, что мир химических элементов практически исчерпан в районе n110-112. С другой стороны, неспособность обнаружить новый остров стабильности ставила крест на претензиях физиков развивать адекватную теорию атомного ядра. Объяснение экспериментальных фактов с помощью "теории" магических чисел в конце хх века выглядело, мягко говоря, ненаучно.

Американцы плюнули, а мы нет.

Более тридцати лет прогноз ждал подтверждения или опровержения. Физики сша, германии и россии вместе и порознь ставили один эксперимент за другим, пытаясь нащупать новый остров стабильности, но у них ничего не выходило. Американцы еще в конце семидесятых вообще плюнули на данное направление исследований и закрыли программу поисков стабильных сверхтяжелых ядер.

Российские физики оказались упрямее. Как признался научный руководитель ляр профессор юрий оганесян, подготовкой осуществленного в конце прошлого года эксперимента в дубне занимались с середины восьмидесятых: "в течение многих лет мы занимались изучением того, какую именно реакцию нужно проводить, чтобы наиболее надежным образом получить эти сверхтяжелые стабильные атомы, какую установку создать, чтобы она была, с одной стороны, очень мощной и эффективной, а с другой -- селективной, чтобы можно было найти иголку в стоге сена".

В итоге дубнинцам удалось увеличить интенсивность пучка ионов кальция, бомбардирующих мишень, почти на два порядка. Это стало возможным благодаря разработке и строительству нового поколения ускорителей. Параллельно была проведена и серьезная модернизация измерительной техники (здесь сильно помогли своей аппаратурой японцы): сегодня она позволяет "выловить" один единственный атом на фоне 10 в 19-й степени других атомов. Американцы предоставили для эксперимента мишень -- изотоп плутония-244, а также новейшее компьютерное обеспечение. Очень существенным оказался и вклад франции, изготовившей ионный источник ca-48.

Ученый секретарь ляр александр попеко: "в отличие от многих других экспериментаторов, мы сразу решили использовать поток ионов кальция-48. Дальше перед нами стояли чисто технические задачи: как его ускорять экономически неразорительным образом. Дело в том, что при попытках двадцатипятилетней давности расход кальция составлял один грамм в сутки, и двухмесячный сеанс на ускорителе по таким расходным меркам сейчас бы был просто невозможен: во-первых, такого количества этого изотопа не накоплено ни в россии, ни в сша, имеющих сколько-нибудь значительные его запасы; во-вторых, никто не может себе позволить тратить по 240 тыс. Долларов в сутки, а именно столько стоит по международным каталогам грамм этого изотопа". Преимущества использования кальция-48 в качестве "бомбардировщика" плутониевой мишени были связаны с тем, что он является дважды магическим ядром (на 20 протонов у него 28 нейтронов, что позволяет при синтезе максимально приблизиться к замкнутой нейтронной оболочке у сверхтяжелых ядер). В ноябре прошлого года началось облучение американской плутониевой мишени ионами ca-48. Сумма атомных номеров ca и pu (20+94) как раз и должна была дать новый, "магический", 114-й элемент.

Сверхтяжелый свинец.

Эксперимент продолжался два месяца. Хотя весь массив данных, полученных в ходе эксперимента, еще до конца не обработан, профессор оганесян считает, что можно с достаточной уверенностью утверждать, что главный результат достигнут: дубнинские ученые наблюдали длинную цепочку последовательных альфа-распадов (ядерных превращений) сверхтяжелых ядер, начало которой было положено именно распадом 114-го: "очень важно, что в данном случае мы имели дело не с одним 'слоном в зоопарке', а с рождением целого семейства. Это заставило нас поверить в то, что мы действительно видели 'слонов', а не каких-то других животных. Исходный 114-й изотоп ('мать слониха') перешел в более легкий 112-й ('дочку'), 112-й -- в 110-й ('внучку'), 110-й -- в 108-й ('жучку', как шутят физики) и лишь последний уже разделился на две части (произошел спонтанный распад). И, что особенно интересно, у всех этих родственников довольно большие времена жизни. Вот, собственно, почему я их и называю 'слонами': все они живут очень долго по физическим меркам. Если бы эксперимент закончился неудачей, нам бы пришлось признать, что гипотеза о существовании острова стабильности ошибочна и ничего живущего дольше, чем одну миллионную секунды, в этой области нет".

Итог дубнинского эксперимента, безусловно, требует независимого подтверждения. Сами авторы полагают, что для этого потребуется не меньше двух лет. Профессор оганесян: "по-видимому, теперь наиболее разумным будет сменить орудия труда и использовать другие, более эффективные методы проверки результата. Согласно закону менделеева, свойства всех элементов периодически повторяются и, по теории, 114-й должен быть химическим аналогом свинца. Мы надеемся, что можно будет вплотную заняться химической проверкой нового элемента". Но это уже дело техники. Главное, что предыдущие тридцать лет все-таки не пропали для оболочечной теории атомного ядра даром. Собственно, только теперь она может быть зачислена в разряд естественнонаучных теорий, для которых четкое экспериментальное подтверждение умозрительных выводов -- непреложный закон. Приятно и то, что в отличие, скажем, от скандала позапрошлого года, когда приоритет группы летохова из института спектроскопии ран в открытии охлаждения и пленения атомов лучом лазера был поставлен нобелевским комитетом под вопрос (см. "Эксперт" n42, 1997 г.), На этот раз приоритет российских физиков абсолютно бесспорен.