Do periodické tabulky prvků přibude nový člen. Bude jím prvek se 113 protony v atomovém jádru. Jaký bude mít název, ovšem ještě nevíme. Zatím má pouze prozatímní název ununtrium. Jasno není ani v tom, kdo finální jméno vybere.
Podle fyzikálních zvyklostí má být autorem názvu objevitelský tým. Na první pohled je tedy situace jasná: nový prvek vznikl v srpnu (informace byla zveřejněna až v září) v urychlovači v japonském středisku RIKEN.
Již před lety však pozorování tohoto prvku publikovali vědci z ústavu v ruské Dubně, který se na supertěžké prvky také zaměřuje. A hned se například pro New Scientist připomněli. Produkovali jej nejen přímo, ale prvek jim vznikl i rozpadem dalších nových prvků s protonovými čísly 115 a 117. Možná proto by vlastně měla sláva připadnout jim. Kdo je tedy vlastně objevitelem nového prvku a jak může v exaktní vědě nastat takový "zmatek"?
Sázka na srážku
Obecná odpověď je prostá: důkaz existence nového prvku není přímočará záležitost. Jeho vytvoření připomíná velkou fyzikální loterii. Pro začátek si ji popišme tak, jak se (nejspíše) udála. Japonští vědci ostřelovali tenkou podložku z bismutu atomy zinku (v Rusku použili jiné materiály). Na podložku každou vteřinu mířily miliardy atomů zinku, obvykle však prošly, rozptýlily se nebo se srazily s jádry bismutu tak, že nevzniklo jedno supertěžké jádro.
Ve skutečně velmi řídkých případech se při nárazu atom zinku s bismutem spojí do atomu se 113 protony. Je to asi stejně pravděpodobné, jako kdybyste proti sobě posílali osobní vůz a dodávku a čekali, až jejich spojením vznikne alespoň na chvíli malý nákladní vůz. Jednou se to možná stane, ale po bilionech opakování. Jen v případě atomů si na rozdíl od pokusů s auty můžeme dovolit experiment opakovat, dokud se nepovede.
Vzniklý atom se 113 protony vyletěl z terčíku a přistál v připraveném systému detektorů, kde dlouho nevydržel. Velmi záhy, během zlomku sekundy z něj vylétlo jádro hélia s dvěma protony a dvěma neutrony, tedy částice záření alfa. Místo prvku 113 tak na místě zbylo jen jádro prvku 111. Ale ten se znovu za chvíli stejným způsobem rozpadl. A pak znovu a znovu, celkem šestkrát za sebou. Kaskáda radioaktivních rozpadů se zastavila u prvku číslem 101, kterým je mendělejevium.
Důkazem existence prvku 113 je právě tento rozpad: zachycení šesti částic alfa záření v těsném časovém sledu za sebou ve dvou detektorech. Samozřejmě, to může být náhoda, ale velmi nepravděpodobná. Alfa částice vznikající rozpadem různých prvků mají různou energii. A energie oněch šesti zachycených odpovídají energiím částic, které by postupně měly vznikat při rozpadech kaskády prvků od mendělejevia k prvku 113. Platí to hlavně pro dva poslední členy kaskády, které již známe velmi dobře.
Jednou stačí, dvakrát je lepší
Japonci sice přesvědčivě pozorovali jen jediný atom prvku 113, ale jejich tvrzení zřejmě obstojí. "Jak to ve fyzice bývá, tento důkaz není stoprocentní, ale je velmi přesvědčivý," říká fyzik Vladimír Wagner z Ústavu jaderného výzkumu v Řeži a dodává: "A to hlavně právě díky tomu, že poslední dva rozpady alfa v řadě jsou rozpady dobře známých a prostudovaných izotopů dubnia a lawrencia." Předchozí výsledky (tedy i ty ruské) byly méně přesvědčivé.
Vědci z Dubny se totiž pohybovali v neznámé oblasti. Kvůli jinému postupu jim vznikaly v urychlovači takové izotopy prvku 113, které se rozpadaly na neznámé prvky (izotopy jsou "varianty" jednoho prvku s různým počtem neutronů v jádru). V japonském případě jsou si fyzikové alespoň částí rozpadové řady stoprocentně jistí.
Japonští vědci už prvek 113 nejspíše připravili v letech 2004 a 2005, tehdy však měli smůlu. Většina nestabilních prvků může kromě rozpadu alfa skončit také rozpadem jader na dvě zhruba stejně těžká jádra (plus neutrony). Právě to se japonským fyzikům stalo před osmi lety. Rozpadová kaskáda tak skončila dříve a chyběly v ní tedy právě ty nejznámější a nejlépe prozkoumané prvky, které pozorování dávají skutečně pevné základy.
Sečteno a podtrženo: dřívější japonská i ruská pozorování sice na uznání nového prvku nestačila, ale po letošním pozorování jedné celé kaskády až ke známým jádrům tvoří společně japonská a ruská data dohromady dostatečnou základnu pro uznání tohoto prvku.
Vzhledem k průběhu experimentů lze alespoň odhadnout, že japonský urychlovač má k prvenství blíže. Ale s definitivní platností o tom, kdo bude skutečně uveden v historických záznamech jako objevitel nového prvku, rozhodne až mezinárodní komise fyziků a chemiků. Zatím se jí v podobných případech dařilo postupovat tak, aby byli všichni spokojeni.
Také však nikdy nešlo o nic více než o vědeckou slávu, což se však do budoucna může změnit. I když totiž vytvořený izotop prvku 113 vydržel jen zcela nepatrnou dobu, neznamená to, že by jiné izotopy musely být vždy tak křehké. Vědci se totiž domnívají, že by mohly existovat i prakticky použitelné izotopy supertěžkých prvků.
Jde o izotopy, které leží kolem tzv. ostrova stability. To je zhruba oblast obývaná zatím jen hypotetickými jádry se zhruba 114 až 116 protony a zhruba 180 až 185 neutrony. Obojí jsou to tzv. magická čísla, stejně jako třeba protonová čísla 2, 8, 20 či 28. Izotopy s těmito magickým počty protonů a neutronů v jádru jsou stabilnější než jiné.
Můžeme si představit, že jednotlivé částice do sebe v jádru dobře "zapadnou" do stabilní formace. Výsledný tvar ovšem neurčují přímo tvary částic (žádný nemají), ale síly působící mezi nimi. Jde o tzv. silnou jadernou sílu, u nabitých protonů na rozdíl od neutronů hraje roli i elektrický náboj.
Další magická čísla by měla být zhruba 114 pro protony (tam už jsme) a 184 pro neutrony (tady nám pár neutronů chybí). Pokud se podaří vyrobit jádro s tímto počtem částic, mohlo by být velmi stálé. Přesná poloha ostrova stability je nejistá, přece jen jde o teoretický výpočet. A poměrně stálé by měl být i prvky, které mají o nějaký neutron či proton více či méně.
Že nejde jen o teorii, nasvědčují i dosavadní výsledky z praxe. Těžší izotopy těchto umělých prvků (tedy varianty prvků s více neutrony) vydrží prokazatelně déle než ty lehčí. Místo milisekundových poločasů rozpadu mohou mít i minutové.
Jenomže i těch několik neutronů navíc je dnes stále zřejmě nepřekonatelná propast. Dnešní postup výroby těžkých prvků se však zřejmě blíží hranici svých možností, říká fyzik Vladimír Wagner (a více o tématu najdete v jeho článku na OSEL.cz). Podařilo se sice vyrobit prvek až se 118 protony, ale přidávání dalších neutronů už se nedaří.
Bude zapotřebí přijít s novým nápadem. A pokud bychom někdy mířili k praktickému využití těchto prvků, musely by se také výrazně zlepšit dosavadní metody jejich výroby. Jednotlivé atomy žádné praktické využití nenajdou.
Zatím je tedy hlavním motivem výroby supertěžkých prvků lidská touha po poznání. Pro fyziky jsou taková pozorování důležitá při pochopení vlastností atomů, přesněji jaderných sil, které udržují částice v jádru. Více by se z experimentů mohli dozvědět i chemici. Nezanedbatelnou roli hraje i prestiž, spojená s rekordy. A je známo, že fyzikové soutěží velmi rádi.
