چند سال پيش، گروهي از فيزيكدانان يك ذره زير اتمي عجيب و جديد را خلق كردند. آن‌ها نام اين ذره تازه كشف 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. فيزيكدانان با استفاده از يك شتاب دهنده ژاپني به نام ريكن (Riken)، ساعت‌هاي متمادي رشته‌هايي از هسته كلسيم را به يك ديسك فلزي برخورد دادند. سپس در ميان نتايج اين برخورد، ذره‌اي پيدا كردند كه نام آن را سديم گذاشتند. اما اين سديم با آن سديمي كه در نمك (NaCl) مي‌شناسيد، فرق دارد.
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، يك نوع سديم به حساب مي‌آيد. جدول تناوبي هم بر اساس همين تعداد پروتون‌هاي داخل هسته، عناصر را چيده كه سديم هم عنصر شماره ۱۱ است. از همين رو هيچ گاه خبري از تعداد نوترون‌هايي كه داخل هسته يك اتم جاي مي‌گيرد، نشده بود.
شتاب دهنده ريكن
كاري كه فيزيكدانان ژاپني انجام داده‌اند، مانند توليد يك فرانكنشتاين 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 مي‌كند. توليد اين ايزوتوپ، ۸ ساعت طول كشيد و ميليون‌ها برخورد هم لازم داشت. در اصل ۱۰ به توان ۱۷ بار برخورد لازم بود تا يك ايزوتوپ سديم ۳۹ توليد شود. ايزوتوپي كه پس از تشكيل، بلافاصله از هم متلاشي شد.
توشيوكي كوبو (Toshiyuki Kubo) يكي از فيزيكدانان ريكن 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 كه مي‌توان به سديم نسبت داد. همچنين يكي از بزرگ‌ترين پروژه‌هاي دانشمندان را نيز به سرانجام رساند. اما با گذر زمان و در طول دهه‌ها، فيزيكدانان به سراغ جدول تناوبي رفته و هليوم، هيدروژن، ليتيوم و ديگر عناصر را بررسي كردند تا سنگين‌ترين ايزوتوپي كه با قانون فيزيك تطابق دارد را پيدا كنند.
بر اساس مقاله‌اي كه دانشمندان ريكن منتشر كرده‌اند، با قطعيت گفته‌اند كه حد نهايي نوترون‌هاي فلورين، ۲۲ است يا هسته نئون مي‌تواند حداكثر ۲۴ نوترون را در خود جاي دهد. اما حد نهايي سديم همچنان مجهول مانده، ولي به نظر مي‌رسد كه عدد حداقلي ۲۸، حد پايين مناسبي قلمداد شود. فيزيك دانان اين حد را «خط ريزش نوترون» مي‌نامند. دليل آن هم اين است كه اگر سعي كنيد بيشتر از ظرفيت هسته به آن نوترون وارد كنيد، اولين نوترون وارد شده به هسته، بدون مقاومت از هسته خارج مي‌شود.
براي مثال، پيدا كردن حد نوترون فلورين و نئون، ۲۰ سال طول كشيده است و يكي از فيزيك دانان دانشگاه ميشگيان به نام آرتميس اسپايرو (Artemis Spyrou) هم اين زمان را تاييد مي‌كند. زيرا براي اين كه ثابت كنيم يك ايزوتوپ خاص، سنگين‌ترين ايزوتوپ يك عنصر مشخص است، بايد نشان دهيد كه ايزوتوپ سنگين‌تر از آن وجود ندارد و صرفا خلق يك ايزوتوپ سنگين، نشان دهنده چيز خاصي نيست. اسپايرو در اين رابطه مي‌گويد:
اين كه شما نمي‌توانيد ايزوتوپ سنگين‌تري را ببينيد، آيا به اين دليل است كه سنگين‌تر از آن وجود ندارد؟ يا به اين دليل است كه آزمايش‌هاي شما به اندازه كافي خوبي نبوده؟
فيلتر كننده مغناطيسي
كوبو و تيمش، سال‌ها براي رسيدن به اين نتايج تحقيق كرده بودند. آن‌ها مجبور بودند كه قدرت شتاب‌دهنده را افزايش دهند و يك سيستم فيلتر كننده ذرات پيچيده مغناطيسي بسازند كه هسته‌هاي اتم‌هاي مختلف را از يك ديگر جدا مي‌كند و طولي به اندازه يك زمين فوتبال دارد. سپس براي نشان دادن اين كه فلورين ۳۱ با ۲۲ نوترون، سنگين‌ترين فلوريني است كه در چارچوب قوانين طبيعت مي‌گنجد، مدل‌سازي‌هايي انجام دادند كه احتمال توليد فلورين ۳۲ و ۳۳ را تخمين مي‌زد.
پس از اين كه فيزيكدانان مطمئن شدند كه هيچ‌گاه احتمال تشكيل فلورين‌هاي ۳۲ و ۳۳ وجود ندارد، با قطعيت گفتند كه 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 نكرده و به مدت ۵ سال، آن ها را تحليل كردند تا از قطعيت آن‌ها مطمئن شوند.
كيت جونز (Kate Jones) از دانشگاه تنسي در رابطه با اين دستاورد مي‌گويد:
مقدار فلورين ۳۱ كه اين فيزيكدانان توليد كرده‌اند، اعجاب انگيز است. آن‌ها ۴ هزار هسته مختلف از ايزوتوپ فلورين را بررسي كردند و قطعا اگر فلورين ۳۲ وجود داشت، پيدايش مي‌كردند.
اما فيزيك دانان علاقه دارند تا با استناد به اين نتايج بتوانند مرز بين ممكن‌ها و غير ممكن‌هاي موجود در طبيعت را شناسايي كنند. با اين حال، نتايج به دست آمده به كمك اختر شناسان نيز آمده است. آن‌ها به كمك اين كشفيات مي‌توانند شرايط محيطي وخيم ستاره‌هاي نوتروني را بررسي كنند. ستاره نوتروني، هسته وا پاشيده يك ستاره مرده بوده و به قدري چگال است كه يك قاشق غذاخوري آن، ميليون‌ها تن جرم دارد. نكته جالب هم اين جاست كه شرايط وخيم محيطي اين ستاره‌هاي نوتروني، هسته‌هاي كم عمري كه كوبو در آزمايشگاه ساخته بود را به وجود مي‌آورد.
ستاره نوتروني
اين ذرات عبوري، نقش نامعلومي در انفجار اشعه‌هاي ايكس مشاهده شده در سطح اين ستاره‌هاي نوتروني دارند. اين اشعه‌هاي ايكس كه به نام «ابر پرتو‌هاي اشعه ايكس» نيز شناخته مي‌شوند، زماني قابل مشاهده هستند كه جاذبه يك ستاره نوتروني، ذرات و ماده از ستاره‌اي كه به دور آن مي‌چرخد را ببلعد. اختر فيزيك دانان مي‌توانند به كمك اين اندازه‌گيري‌هاي آزمايشگاهي، انفجارات اشعه ايكس سطح اين ستاره‌ها را بهتر شبيه‌سازي كنند.
با اين حال محققين، اميدوارند كه به جستجوي خود براي پيدا كردن سنگين‌ترين ايزوتوپ سديم و عنصر قبلي آن، نئون، پايان دهند. از همين رو قرار است كه جونز و اسپايرو، به كمك شتاب‌دهنده جديدي كه در دانشگاه ميشيگان ساخته مي‌شود، سنگين‌ترين سديم را يپدا كنند. در نهايت هم محققين در نظر دارند براي كل ۱۱۸ عنصر جدول تناوبي، چنين ايزوتوپ‌هايي را كشف كنند. اتفاقي كه بسيار سخت ولي شدني خواهد بود.
منبع:
https://digiato.com/article/2019/11/25/سنگين‌ترين-ايزوتوپ-سديم/
پسيو كار شبكه چيست؟ | آموزش قدم به قدم نصب پسيو شبكه | حقوق پسيو كار شبكه چقدر است؟
افشاي مشخصات گوشيهاي سري اس ۲۱ سامسونگ