با چهره های مختلف سدیم آشنا شوید

ديجياتو/ چند سال پيش، گروهي از فيزيکدانان يک ذره زير اتمي عجيب و جديد را خلق کردند. آن‌ها نام اين ذره تازه کشف شده را سديم گذاشتند. اما سديم جديد چيست و چگونه به وجود آمد؟ با ديجياتو در اين سفر علمي همراه باشيد. ابتدا به سراغ نحوه خلق سديم برويم. فيزيکدانان با استفاده از يک شتاب دهنده ژاپني به نام ريکن (Riken)، ساعت‌هاي متمادي رشته‌هايي از هسته کلسيم را به يک ديسک فلزي برخورد دادند. سپس در ميان نتايج اين برخورد، ذره‌اي پيدا کردند که نام آن را سديم گذاشتند. اما اين سديم با آن سديمي که در نمک (NaCl) مي‌شناسيد، فرق دارد. کاري که فيزيکدانان ژاپني انجام داده‌اند، مانند توليد يک فرانکنشتاين سديم است. سديم‌هاي موجود در طبيعت همگي سديم ۲۳ هستند. عدد جرمي ۲۳، نشان دهنده مجموع تعداد ۱۱ پروتون و ۱۲ نوترون داخل هسته اين ذره است، اما اين عدد نشان دهنده تمام پتانسيل اين ماده نيست. از لحاظ تئوري، هر هسته‌اي با ۱۱ پروتون، يک نوع سديم به حساب مي‌آيد. جدول تناوبي هم بر اساس همين تعداد پروتون‌هاي داخل هسته، عناصر را چيده که سديم هم عنصر شماره ۱۱ است. از همين رو هيچ گاه خبري از تعداد نوترون‌هايي که داخل هسته يک اتم جاي مي‌گيرد، نشده بود. شتاب دهنده ريکن کاري که فيزيکدانان ژاپني انجام داده‌اند، مانند توليد يک فرانکنشتاين سديم است. اين سديم، همان ۱۱ پروتون را دارد، اما اينبار به جاي ۱۲ نوترون، ۲۸ نوترون در خود جاي داده است. در نتيجه سديم ۳۹، آن را به بزرگ‌ترين ايزوتوپ سديم تبديل مي‌کند. توليد اين ايزوتوپ، ۸ ساعت طول کشيد و ميليون‌ها برخورد هم لازم داشت. در اصل ۱۰ به توان ۱۷ بار برخورد لازم بود تا يک ايزوتوپ سديم ۳۹ توليد شود. ايزوتوپي که پس از تشکيل، بلافاصله از هم متلاشي شد. توشيوکي کوبو (Toshiyuki Kubo) يکي از فيزيکدانان ريکن مي‌گويد: نرخ توليد چنين ايزوتوپ‌هايي بسيار پايين است و در نتيجه زود هم از بين مي‌روند. اين گونه جديد اما تاثيرش را گذاشت. ايزوتوپ فوق، تبديل شد به معرف نهايت چيزي که مي‌توان به سديم نسبت داد. همچنين يکي از بزرگ‌ترين پروژه‌هاي دانشمندان را نيز به سرانجام رساند. اما با گذر زمان و در طول دهه‌ها، فيزيکدانان به سراغ جدول تناوبي رفته و هليوم، هيدروژن، ليتيوم و ديگر عناصر را بررسي کردند تا سنگين‌ترين ايزوتوپي که با قانون فيزيک تطابق دارد را پيدا کنند. حد نهايي نوترون‌هاي فلورين، ۲۲ است يا هسته نئون مي‌تواند حداکثر ۲۴ نوترون را در خود جاي دهد. بر اساس مقاله‌اي که دانشمندان ريکن منتشر کرده‌اند، با قطعيت گفته‌اند که حد نهايي نوترون‌هاي فلورين، ۲۲ است يا هسته نئون مي‌تواند حداکثر ۲۴ نوترون را در خود جاي دهد. اما حد نهايي سديم همچنان مجهول مانده، ولي به نظر مي‌رسد که عدد حداقلي ۲۸، حد پايين مناسبي قلمداد شود. فيزيک دانان اين حد را «خط ريزش نوترون» مي‌نامند. دليل آن هم اين است که اگر سعي کنيد بيشتر از ظرفيت هسته به آن نوترون وارد کنيد، اولين نوترون وارد شده به هسته، بدون مقاومت از هسته خارج مي‌شود. براي مثال، پيدا کردن حد نوترون فلورين و نئون، ۲۰ سال طول کشيده است و يکي از فيزيک دانان دانشگاه ميشگيان به نام آرتميس اسپايرو (Artemis Spyrou) هم اين زمان را تاييد مي‌کند. زيرا براي اين که ثابت کنيم يک ايزوتوپ خاص، سنگين‌ترين ايزوتوپ يک عنصر مشخص است، بايد نشان دهيد که ايزوتوپ سنگين‌تر از آن وجود ندارد و صرفا خلق يک ايزوتوپ سنگين، نشان دهنده چيز خاصي نيست. اسپايرو در اين رابطه مي‌گويد: اين که شما نمي‌توانيد ايزوتوپ سنگين‌تري را ببينيد، آيا به اين دليل است که سنگين‌تر از آن وجود ندارد؟ يا به اين دليل است که آزمايش‌هاي شما به اندازه کافي خوبي نبوده؟ فيلتر کننده مغناطيسي کوبو و تيمش، سال‌ها براي رسيدن به اين نتايج تحقيق کرده بودند. آن‌ها مجبور بودند که قدرت شتاب‌دهنده را افزايش دهند و يک سيستم فيلتر کننده ذرات پيچيده‌ مغناطيسي بسازند که هسته‌هاي اتم‌هاي مختلف را از يک ديگر جدا مي‌کند و طولي به اندازه يک زمين فوتبال دارد. سپس براي نشان دادن اين که فلورين ۳۱ با ۲۲ نوترون، سنگين‌ترين فلوريني است که در چارچوب قوانين طبيعت مي‌گنجد، مدل‌سازي‌هايي انجام دادند که احتمال توليد فلورين ۳۲ و ۳۳ را تخمين مي‌زد. فيزيکدانان مطمئن شدند که هيچ‌گاه احتمال تشکيل فلورين‌هاي ۳۲ و ۳۳ وجود ندارد. پس از اين که فيزيکدانان مطمئن شدند که هيچ‌گاه احتمال تشکيل فلورين‌هاي ۳۲ و ۳۳ وجود ندارد، با قطعيت گفتند که فلورين ۳۱، سنگين‌ترين ايزوتوپ فلورين خواهد بود. نئون ۳۴ هم به همين طريق به عنوان سنگين‌ترين ايزوتوپ نئون برگزيده شد. اما محققين نتايج خود را منتشر نکرده و به مدت ۵ سال، آن ‌ها را تحليل کردند تا از قطعيت آن‌ها مطمئن شوند. کيت جونز (Kate Jones) از دانشگاه تنسي در رابطه با اين دستاورد مي‌گويد: مقدار فلورين ۳۱ که اين فيزيکدانان توليد کرده‌اند، اعجاب انگيز است. آن‌ها ۴ هزار هسته مختلف از ايزوتوپ فلورين را بررسي کردند و قطعا اگر فلورين ۳۲ وجود داشت، پيدايش مي‌کردند. اما فيزيک دانان علاقه دارند تا با استناد به اين نتايج بتوانند مرز بين ممکن‌ها و غير ممکن‌هاي موجود در طبيعت را شناسايي کنند. با اين حال، نتايج به دست آمده به کمک اختر شناسان نيز آمده است. آن‌ها به کمک اين کشفيات مي‌توانند شرايط محيطي وخيم ستاره‌هاي نوتروني را بررسي کنند. ستاره نوتروني، هسته وا پاشيده يک ستاره مرده بوده و به قدري چگال است که يک قاشق غذاخوري آن، ميليون‌ها تن جرم دارد. نکته جالب هم اين جاست که شرايط وخيم محيطي اين ستاره‌هاي نوتروني، هسته‌هاي کم عمري که کوبو در آزمايشگاه ساخته بود را به وجود مي‌آورد. ستاره نوتروني اين ذرات عبوري، نقش نامعلومي در انفجار اشعه‌هاي ايکس مشاهده شده در سطح اين ستاره‌هاي نوتروني دارند. اين اشعه‌هاي ايکس که به نام «ابر پرتو‌هاي اشعه ايکس» نيز شناخته مي‌شوند، زماني قابل مشاهده هستند که جاذبه يک ستاره نوتروني، ذرات و ماده از ستاره‌اي که به دور آن مي‌چرخد را ببلعد. اختر فيزيک دانان مي‌توانند به کمک اين اندازه‌گيري‌هاي آزمايشگاهي، انفجارات اشعه ايکس سطح اين ستاره‌ها را بهتر شبيه‌سازي کنند. محققين در نظر دارند براي کل ۱۱۸ عنصر جدول تناوبي، چنين ايزوتوپ‌هايي را پيدا کنند. با اين حال محققين، اميدوارند که به جستجوي خود براي پيدا کردن سنگين‌ترين ايزوتوپ سديم و عنصر قبلي آن، نئون، پايان دهند. از همين رو قرار است که جونز و اسپايرو، به کمک شتاب‌دهنده جديدي که در دانشگاه ميشيگان ساخته مي‌شود، سنگين‌ترين سديم را يپدا کنند. در نهايت هم محققين در نظر دارند براي کل ۱۱۸ عنصر جدول تناوبي، چنين ايزوتوپ‌هايي را کشف کنند. اتفاقي که بسيار سخت ولي شدني خواهد بود. ما را در کانال «آخرين خبر» دنبال کنيد