На краю таблицы Менделеева: физики заглянули в сердце самых тяжелых элементов

В новом исследовании ученые из нескольких крупнейших научных центров мира прощупывают пределы таблицы Менделеева. В центре их внимания оказались два искусственно синтезированных элемента - фермий (100-й элемент) и нобелий (102-й элемент). Группа под руководством профессора Брэдли Чила из Ливерпульского университета применила уникальную методику лазерной спектроскопии для измерения радиуса ядер различных изотопов этих веществ.

Сложность в том, что они не встречаются в природе и могут быть получены только искусственным путем в специальных ускорителях или ядерных реакторах. К тому же, синтез сверхтяжелых элементов требует колоссальных усилий и ресурсов. Например, нобелий впервые синтезировали в 1957 году в Нобелевском институте физики в Стокгольме. С тех пор его удавалось получить лишь в микроскопических количествах исключительно для научных целей.

В ходе экспериментов ученые использовали сложную систему лазерного оборудования для изучения атомов нобелия и измерения их сверхтонкой структуры. Ключевой изотоп был получен в результате распада атомов лоуренсия. Исследователи разработали особую методику: атомы захватывались из пучка продуктов ядерной реакции, нагревались импульсным способом на улавливающей нити, после чего подвергались резонансной ионизации.

Еще одно важнейшее открытие - плавный тренд в поведении элементов при определенном числе нейтронов. У более легких элементов в этой области наблюдаются характерные скачки при пересечении замкнутых оболочек. Отсутствие подобных эффектов у сверхтяжелых элементов говорит о том, что влияние ядерных оболочек в их случае существенно ослаблено.

Результаты исследования помогают понять, насколько далеко может простираться периодическая таблица элементов. Ученые получили новые данные о поведении материи на пределе известных значений числа протонов и нейтронов в ядре. Эта информация имеет фундаментальное значение для развития ядерной физики и материаловедения.

Однако данная работа - лишь продолжение серии экспериментов. В 2016 году та же группа впервые применила метод лазерной спектроскопии к атомам нобелия, заложив основу для нынешнего открытия. За прошедшие годы методику сильно усовершенствовали, чтобы получить более точные и подробные данные.