В природе, похоже, скрывается настоящий долгожитель — сверхтяжелый элемент, который способен существовать миллионы лет. Ещё недавно учёные лишь предполагали, что где-то в глубинах материи может прятаться элемент с атомным номером 122. Теперь же гипотеза получила практическое подтверждение — и это открытие способно изменить наши представления о таблице Менделеева.

Охота на «остров стабильности»

Физики давно ищут так называемый «остров стабильности» — гипотетическую область сверхтяжелых ядер, которые, вопреки ожиданиям, живут достаточно долго. Теория предсказывает, что некоторые комбинации протонов и нейтронов могут давать элементы с увеличенным периодом полураспада. Опираясь на эти расчёты, учёные уже синтезировали целый ряд элементов с номерами от 111 до 118. Некоторые из них существуют десятки минут — для ядерной физики это настоящая вечность, ведь она позволяет детально изучать их свойства.

Особо заметный вклад внесла группа из Института объединённых ядерных исследований в Дубне под руководством Юрия Оганесяна. В сотрудничестве с зарубежными коллегами им удалось синтезировать элемент 118. Он оказался нестабильным, но сам факт его получения подстегнул дальнейшие поиски. Учёные всего мира не теряют надежды синтезировать сверхтяжелые элементы, устойчивые к спонтанному делению. Если такие элементы имеют длительный период полураспада, они могли сохраниться на Земле до наших дней.

Следы в тории

Поиски природных сверхтяжелых элементов велись и раньше, но без особого успеха. В основном их пытались найти в свинцовых минералах. Однако международная группа исследователей из Израиля, Германии, Швеции и США пошла другим путём. Под руководством Амнона Маринова из Еврейского университета в Иерусалиме они обратили внимание на торий.

В очищенном природном тории учёные выявили факты, указывающие на присутствие долгоживущего сверхтяжелого элемента с атомным номером 122 и относительной атомной массой 292. Его назвали экаторием — по аналогии с предсказанным когда-то экасилицием (германием) и другими «эка-элементами». Выбор тория был не случаен: обработка торийсодержащего минерала моназита оказалась бы слишком сложной, поэтому использовали уже очищенный материал.

Как засекли невидимку

Для обнаружения экатория применили метод масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Образцы разлагали на отдельные атомы и исследовали каждый из них. Помимо следов самого экатория, в образцах нашли изотопы тория с атомными массами 230 и 232, а также различные оксиды и гидриды. Присутствие последних — обычное дело для подобных анализов, но вот сигнал, соответствующий атому с массой 292, стал настоящей неожиданностью.

Учёные предполагают, что период полураспада нового элемента может превышать 100 миллионов лет. Если это так, то экаторий — один из самых стабильных сверхтяжелых элементов, с которыми сталкивалась наука. Он мог образоваться в древних звёздных процессах и дожить до наших дней практически в неизменном виде.

Что дальше?

Открытие ещё предстоит проверить и перепроверить. Масс-спектрометрия — мощный, но не всесильный инструмент, и всегда остаётся вероятность загрязнения или неверной интерпретации пиков. Однако если результат подтвердится, таблица Менделеева пополнится новым элементом, найденным не в ускорителе, а прямо в земной коре. Это заставит пересмотреть модели нуклеосинтеза и, возможно, подскажет, где ещё искать другие сверхтяжелые долгожители.

Пока же история экатория — отличный пример того, как научная интуиция, подкреплённая теорией, ведёт к открытиям. Антуан де Сент-Экзюпери как-то заметил: «Умирают только за то, во имя чего живут». Учёные, годами охотящиеся за призраками «острова стабильности», живут ради таких моментов — когда гипотеза вдруг обретает плоть в виде одинокого атомного пика на графике.