Сколько Нейтронов И Протонов Может Быть Вместе? Может Быть 7000

{h1}

Физики обнаружили, что может существовать около 7000 нуклидов, или вариаций атомных ядер.

Эта статья была обновлена ​​28 июня в 4:54 вечера. ET.

Ученые долго задавались вопросом, существует ли предел числу протонов и нейтронов, которые могут быть сгруппированы вместе, чтобы сформировать ядро ​​атома. Новое исследование стало ближе, чем когда-либо, чтобы найти ответ путем оценки общего количества возможных вариантов ядра.

Периодическая таблица элементов включает в себя 118 известных видов атомов, и каждый из них существует (естественным или синтетическим образом) в нескольких версиях с различным количеством нейтронов, что дает в общей сложности около 3000 различных атомных ядер. По мере того как технологии совершенствовались с годами, физики строили все более и более тяжелые атомы - элемент 117 был создан только в прошлом году, и исследователи идут по следу 119. В настоящее время разрабатываются новые проекты по добавлению и вычитанию нейтронов из известных элементов. создавать все более экзотические вариации, известные как изотопы.

Но где это заканчивается?

В статье, опубликованной в завтрашнем (28 июня) выпуске журнала Nature, исследователи сообщают, что примерно 6900 нуклидов (вариации атомных ядер), плюс или минус 500, должны быть возможны. [Инфографика: рассечены мельчайшие частицы природы]

Ядерное связывание

«Помимо 7000, мы говорим о нуклидах, время жизни которых может быть настолько коротким, что они не могут образоваться», - сказал член исследовательской группы Витольд Назаревич из Университета Теннесси, Национальной лаборатории Ок-Риджа в Теннесси и Варшавского университета в Польше. «Система распалась бы мгновенно».

Даже в пределах этих 7000 подавляющее большинство будет нестабильным, длится лишь крошечная доля секунды. Из 3000 известных нуклидов только 288 стабильны.

Атомы ограничены в количестве протонов, которые они могут содержать, потому что каждый протон заряжен положительно, и потому что «как отталкивает», они хотят оттолкнуть друг друга. Даже нейтроны, которые не имеют заряда, слегка отталкивают друг друга. Таинственная сила, называемая сильным взаимодействием, которое примерно в 100 раз сильнее электромагнетизма, - это то, что связывает протоны и нейтроны вместе в ядрах.

«Природа или точная форма сильной силы, особенно в более тяжелых ядрах, все еще является предметом очень интенсивных экспериментальных и теоретических исследований», - сказал Назаревич WordsSideKick.com. [Топ 10 необъяснимых явлений]

Чтобы создать новую оценку, Назаревич и его коллеги во главе с Йохеном Эрлером из Университета Теннесси и Ок-Риджа исследовали так называемую линию капель, теоретическую границу числа нейтронов, которая может быть объединена с данным числом протонов для сформировать ядро. (Идея состоит в том, что, если больше нейтронов будет добавлено за пределы этой линии, они будут «капать» или выпадать из ядра.)

Чтобы построить капельную линию, исследователи экстраполировали из лучших доступных моделей ядерных взаимодействий в тяжелых ядрах. Включая различные модели, ученые смогли оценить первые достоверные оценки ошибок в своих прогнозах, показывая, насколько точна оценка.

«Это первое исследование, которое действительно показало ошибку и показало, что является лучшим теоретическим предположением для этого предела», - сказал Назаревич. «Недостаточно, чтобы вы указали число. Вам нужно указать число с [оценкой] неопределенности».

Сверхновые и нейтронные звезды

Новая оценка - не просто теоретическая величина - число будет представлять все возможные виды, которые могут быть созданы внутри астрофизических явлений, таких как взрывы сверхновых или слияния нейтронных звезд.

В этих экстремальных ситуациях создается избыток нейтронов, и многие из этих нейтронов могут быть захвачены атомными ядрами, создавая новые нуклиды. Часто происходит процесс, называемый бета-распадом, в котором нейтрон превращается в протон, высвобождая как электрон, так и мельчайшую частицу, называемую нейтрино. Это позволяет создавать не только более тяжелые изотопы существующих элементов, но и новые, более тяжелые элементы с большим количеством протонов на атом. Фактически, большинство элементов, более тяжелых, чем железо, найденное во вселенной, были созданы в сверхновых.

Выводы группы можно было бы использовать на практике, когда около 2020 года в Университете штата Мичиган будет открыт новый объект под названием «Установка для редких изотопных пучков». Проект предназначен для синтеза многих радиоактивных, слабосвязанных ядер, которые были предсказаны, но никогда не видны, с тем чтобы наметить некоторые неисследованные территории в ядерном ландшафте.

«Примечательно, что мы не знаем, какие комбинации нейтронов и протонов могут составить атомное ядро. Мы не уверены, сколько элементов в конечном итоге может существовать, или, как правило, для каждого элемента, сколько изотопов возможно», - сказал главный научный сотрудник FRIB Брэд Шеррилл, Брэд Шеррилл. Не участвует в новом исследовании, пишет по электронной почте. «Текущая работа является новаторской, потому что она не только дает надежный прогноз для их количества, но также дает хорошую оценку ошибок в этом предположении. Хотя диапазон ошибок выглядит разумным, мы все равно, вероятно, найдем сюрпризы, и это будет здорово использовать такие средства, как FRIB, чтобы проверить эти прогнозы. Единственное, на что я готов поспорить, это то, что на этом пути будут сюрпризы ».

Ученые надеются, что FRIB сможет создавать новые элементы - то есть ядра с более чем 118 протонами - в дополнение к новым изотопам известных элементов.

«Сколько новых элементов мы можем создать? Мы не знаем», - сказал Назаревич.

Следите за Кларой Московиц в Твиттере @ClaraMoskowitz или WordsSideKick.com @wordssidekick, Мы также на facebook.





RU.WordsSideKick.com
Все права защищены!
Перепечатка материалов разрешена только с простановкой активной ссылки на сайт RU.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RU.WordsSideKick.com