Lovci živlov - časopis National Geographic Romania
Všetky chemické prvky v prírode - rôzne druhy atómov - sú už dávno objavené. V dnešnej dobe, aby ste v katastrofe prešli novým a vynútili si hranice veci, musíte si ho najskôr vytvoriť.
Text: Rob Dunn
Foto: Max Aguilera-Hellweg
Minulý rok, 22. októbra, o 9:29 hod., Zaznel zvonček v laboratóriu Jurija Oganessiana v Dubne severne od Moskvy. V stiesnenom bludisku, lemovanom poličkami s knihami a tabuľami, sedelo za pracovnými stolmi plnými hromádok papiera alebo obalov od potravín 12 jadrových fyzikov. Na druhom konci miestnosti prestavaný, ale ctihodný cyklotron, hádzal atómy vápnika na kúsok fólie rýchlosťou 108 miliónov kilometrov za hodinu. Zvon oznámil, že jedna z kolízií bola úspešná: narodil sa nový atóm. V tom čase to bol jediný atóm elementu 117 na Zemi - a iba 19., ktorý kedy existoval. Ostatné boli tiež vytvorené v tomto laboratóriu, ale všetky rýchlo zmizli. Po zlomku sekundy zmizol.
Dubna, mesto na Volge, bolo založené v lese ako nové mesto vedcov po druhej svetovej vojne. Gheorghi Flerov, ktorý sa zaslúžil o zahájenie sovietskeho programu jadrových zbraní, zriadil laboratórium, ktoré neskôr prevzal Oganessian. Na začiatku vojny si Flerov všimol, že tok článkov o rádioaktívnych prvkoch, ktoré napísali americkí a nemeckí vedci, sa náhle zastavil. Mal podozrenie, že pracujú na atómovej bombe, a v apríli 1942 napísal sovietskym vodcom Josifom Stalinom. Stalin tiež poveril ruských fyzikov výrobou atómovej bomby. Za svoju úlohu bol Flerov odmenený autom, prázdninovým domom (dacea) a čo je najdôležitejšie - dubnské laboratórium. Tam sa zameral na lov nových chemikálií.
Všetko, čo na Zemi viete a máte radi, rovnako ako všetko, čo neviete, je zložené z chemických prvkov - rôznych druhov atómov. Sú to miliardy rokov staré, väčšina z nich, a boli rozptýlené vo vesmíre Veľkým treskom alebo explodujúcimi hviezdami a potom začlenené do novonarodenej Zeme a recyklované donekonečna, od hornín po baktérie, prezident alebo veverička. Na konci 19. storočia sa ich pokúsil usporiadať ďalší Rus Dmitrij Mendelejev, ktorý ich zoskupil podľa tabuľky a ďalších atribútov vo svojej periodickej tabuľke. Neskôr vedci spojili poradie ustanovené Mendelejevom so štruktúrou atómov. Každý prvok dostal číslo: počet protónov v jadre.
Do roku 1940 objavili vedci všetko trvanlivé a starodávne na Zemi, až po urán, prvok 92. Dokončili všetky medzery, ktoré v jeho stole zostal Mendelejev. Ale svoju misiu nedokončili. Okrem uránu sa otvára celý svet možností - prvky, ktoré sú príliš rádioaktívne a nestabilné na to, aby prežili miliardy rokov. Ak chcete preskúmať tento svet, musíte si ho najskôr vytvoriť.
Prvé kroky tohto tvorivého procesu sa zmenili viac ako periodická tabuľka. V roku 1941, potom, čo Glenn Seaborg a jeho kolegovia z Kalifornskej univerzity v Berkeley vyrobili prvok 94, plutónium, bol Seaborg okamžite prijatý do projektu Manhattan. Flerov mal pravdu. Potom, čo Seaborg pomohol zostrojiť plutóniovú bombu, ktorá bola zhodená na japonské Nagasaki na ukončenie vojny, sa vrátil do Berkeley. Pokračoval vo vytváraní nových prvkov s menej dramatickými aplikáciami - napríklad pre detektory dymu - alebo dokonca bez nich. Do roku 1955 už jeho tím dosiahol položku 101. Seaborg ho pomenoval Mendelejev.
Chvíľu sa zdalo, že tým môže Mendelejevov stôl skončiť, s prvkom, ktorý niesol jeho meno. Protóny v atómovom jadre sa ho vždy snažia rozložiť; ich kladné elektrické náboje sa navzájom odpudzujú. Neutróny - elektricky neutrálne častice, ktoré prevažujú nad protónmi - pomáhajú udržiavať súdržnosť jadra. Ale táto väzbová sila funguje iba na extrémne krátke vzdialenosti a s pribúdajúcou veľkosťou jadra rýchlo slabne. Preto musí existovať posledná škatuľa periodickej tabuľky, maximálna veľkosť, nad ktorou by atóm nebol stabilný ani na malé obdobie, ako akýsi efemerid chémie. Zdá sa, že s Mendelejevom, ktorý má polčas 51,5 dňa, sa vedci dostali na koniec.
Tím Berkeley však pokračoval vo svojom úsilí a tiež v súperení s Flerovským laboratóriom pre jadrové reakcie v rámci Spoločného ústavu pre jadrový výskum v Dubni. V rokoch 1965 až 1974 Berkeley tvrdí, že vyrobil položky 102, 103, 104, 105 a 106 - ako tím Dubna. Všetky tieto efemeridy zomreli len za pár hodín. Spor o to, kto ich vytvoril ako prvý, sa vyvíjal zle, pravdepodobne ho ešte prehĺbila studená vojna. Nakoniec sa dosiahol kompromis: element 105 sa nazýval dubnium a element 106 - seaborgium. Jadrová vojna sa tak vyhla.
Medzitým teoretici našli pre tieto snahy nový cieľ. Veľmi veľké jadro mohlo byť prekvapivo stabilné - rozhodli sa - ak by malo „magické čísla“ protónov a neutrónov - len toľko, aby vyplnilo jednotlivé vrstvy, ktoré tieto častice obsadzujú. Táto myšlienka, ak sa preukáže ako správna, by všetko zmenila. Znamenalo to, že možno, len možno, bol za obzorom „ostrov stability“, kde strašne ťažké prvky so 114, 120 alebo 126 protónmi dokázali vydržať minúty, týždne alebo dokonca tisíce rokov. Tento hmlistý sen o možnom novom svete zrazu urobil celé hľadanie oveľa príťažlivejším. Vtedy sa Oganessian pripojil k Flerovmu laboratórnemu tímu.
Jedného večera minulú jeseň v Dubni sme s prekladateľom zaklopali na dvere Oganessianovho skromného domu na Flerovovej ulici. Nad našimi hlavami viseli ťažké snehové mraky. Vrany poskakovali okolo pouličného osvetlenia. Oganessian nám dal papuče, potom nás zaviedol do svojej obývačky, kde nalial čaj. Po čaji som pil kávu, potom domáce víno z Arménska. Rozprávali sme sa o americkej ľudovej hudbe, našich deťoch a miestach, ktoré sme každý cestovali. Po chvíli som sa vrátil k snahám Oganessian nájsť ten ostrov stability.
V mladosti, keď tento ostrov prvýkrát získal jeho predstavivosť, vyzeralo to ako nemožný sen. Laboratóriá v Berkeley a Dubne dosiahli prvok 106 premietaním ľahkých jadier na ťažké jadrá s takými veľkými silami, že sa spojili do jedného superťažkého jadra. Ale za hranicou 106 zrážky vyprodukovali toľko energie, že rozbili jadro skôr, ako mohlo vzniknúť. V roku 1974 Oganessian prišiel s myšlienkou, že mierne ťažšie projektily a mierne ľahšie ciele môžu viesť k miernejšej a teda efektívnejšej kolízii. Túto myšlienku prevzalo laboratórium v nemeckom Darmstadte a vytvorilo prvky od 107 do 112. Trvalo by ďalšie štvrťstoročie, kým by sa stal veľký deň Oganessian.
Laboratórium v Dubni prežívalo ťažké časy. Flerov zomrel v roku 1990. Sovietsky zväz sa zrútil v roku 1991. Laboratórium fungovalo niekoľko mesiacov bez toho, aby mohlo platiť vedcom, ktorí žili zbieraním húb z lesa a rybolovom na Volge. V tom čase sa Oganessian stal vedúcim operácie. Mohol sa rozhodnúť, že laboratórium bude riešiť praktickejšie záležitosti. Ale rozhodol sa, že celý jeho tím by sa mal zamerať na získanie prvku 114 - najbližšieho pobrežia k jeho ostrovu stability.
Na vytvorenie prvku 114 by Oganessian premietal atómy vápnika (s 20 protónmi) na atómy plutónia (s 94). Jeho cyklotron si s týmto procesom poradil. Potreboval však vzácne izotopy vápnika a plutónia, ktoré mali dostatok ďalších neutrónov na vytvorenie väzieb so 114 protónmi. Oganessian presvedčil amerických fyzikov v kalifornskom národnom laboratóriu Lawrenca Livermora, ktorí mu boli súpermi len pred niekoľkými rokmi, aby mu dali 20 miligramov plutónia. Jeho plánom bolo premietnuť lúč cyklov atómov vápnika, desatinu rýchlosti svetla, na cyklotron na fóliu pokrytú vzácnym plutóniom. Medzi miliardami atómov nastriekaných na druhú stranu fólie - ktorá bola tenšia ako vlasy - Oganessian očakával, že dostane najviac jeden atóm z 114. Spoločne jeho tím a Livermore vymysleli nový detektor, ktorý by Nájsť.
Cyklotrón uviedli do prevádzky v novembri 1998. Lietadlo bolo potrebné monitorovať vo dne v noci. „Keby to bol človek, bol by tento cyklotron veľmi starý,“ povedal mi laboratórny technik. Koncom novembra cyklotron vyprodukoval jediný atóm prvku 114. Trval iba pár sekúnd - bol však ešte tisíckrát dlhší, ako sa očakávalo, ak by neexistoval ostrov stability, a navyše dokázal, že vápniková metóda fungovala. Odvtedy Dubna a ďalšie laboratóriá získali prvky 115, 116, 117 a 118, ako aj izotopy s rôznym počtom neutrónov. Zatiaľ sa príliš nepriblížili k vrcholu ostrova, kde by živel vydržal roky. Vyšli však na breh, keď Oganessian prvýkrát získal prvok 114, o ktorom sníval celé desaťročia.
Vlani na jar bol oficiálne prijatý do periodickej tabuľky pod názvom fleroviu (prvok 116 sa nazýval livermorium). O pár mesiacov neskôr, na ulici Flerov, som sa naklonil nad stôl a položil si otázku: vo veku 80 rokov sa Oganessianovi nechcelo ísť do dôchodku a užívať si pokojný a prínosný život.?
„Objavil som ostrov,“ odpovedal. Teraz je ten správny čas to preskúmať, kráčať po jeho západnom pobreží. “Človek musí pochopiť, ako sa nové prvky správajú - nezávisle a v reakcii na ostatných. Niekto musí nájsť spôsob, ako načerpať magický počet neutrónov, teda 184, aby sa dostal na vrchol ostrova. Je potrebné zistiť, či existujú ďalšie vrcholy pre prvky 120 alebo 126. V súčasnosti sa všetky tieto ciele zdajú takmer nemožné. Oganessian ale zatiaľ dôchodok neplánuje.
Tento článok sa objavil v máji 2013 v časopise National Geographic Romania.