Megújuló fizika, atommag alapú periódusos rendszer, új betekintés az anyag természetébe

2020 / 06 / 05 / Justin Viktor

#ismeretterjesztő #periódusos rendszer #Nucletouch #Kouichi Hagino

Megújuló fizika, atommag alapú periódusos rendszer, új betekintés az anyag természetébe

A tudomány egyik szépsége éppen az - és ez állandó örömforrás mindenkinek, aki kitartóan foglalkozik vele - hogy folyamatosan fejlődik, mindig új utakat keres, akkor is, ha úgy tűnik, hogy az adott terület már alaposan "fel van fedezve". Mert még a fundamentális tudásunkban is bármikor érkezhet merészen új és izgalmas felfedezés, ez esetben Wigner Jenő, híres magyar fizikus munkássága nyomán.

Mellőzött nukleonok

A Kyoto Egyetem fizikusai új, atommag-alapú periódusos rendszert (Nuclear Periodic Table of Elements) hoztak létre, amelyben az ismert elemek az atommagban található protonok száma szerint vannak elrendezve, az elem elektronjainak száma helyett. A táblázatnak a Nucletouch táblázat (kb. Magérintés) nevet adták.

A protonok különböző stabil “mágikus számokkal” rendelkeznek: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 és így tovább. Ha az atomi pályákat protonokkal töltik meg, akkor stabil atommagokat képeznek, hasonlóan a nemesgáz elemekhez. (Kép: Kiotói Egyetem, Yoshiteru Maeno, Kouichi Hagino)

Az Nucletouch táblázat azt jelzi, hogy a “mágikus számok” közelében elhelyezkedő atommagok egy vagy két további nukleonnal vagy nukleon lyukkal atommag-héj záródás állapotába kerülnek, míg a mágikus számoktól távol eső magokat mag-deformáció jellemzi.

A hagyományos periódusos rendszertől eltérően, amely az atomon belül található elektronok viselkedésén alapszik, ez az új táblázat a magban található protonszámon nyugszik.

Héjmodell

A héjmodell egyike a legkorábbi atommag-modelleknek. A nukleonok – ugyanúgy, mint az elektronok – fermionok, ezért érvényes rájuk a Pauli-féle kizárási elv. A modell szerint a nukleonok is – az atom elektronjaihoz hasonlóan energiaszintekre csoportosulnak.

A modellen elsősorban Wigner Jenő, Maria Goeppert-Mayer és Johannes Hans Daniel Jensen dolgoztak, akik 1963-ban meg is kapták érte a fizikai Nobel-díjat.

Yoshiteru Maeno, a Nucletouch táblázat egyik fejlesztője elmondta: „Az elemek periodikus táblázata a tudomány egyik legjelentősebb eredménye, és ismert formájában az atomok elektronpályáinak héjszerkezetén alapul.

Az atomok azonban kétféle töltött részecskéből állnak, amelyek meghatározzák az egyes elemeket, a mag körül keringő elektronokból és a magban lévő protonokból.

A dolog ma alapvetően az atomokban található elektronokról szól. Az atomok akkor tekinthetők stabilnak, ha az elektronok keringése kitölti a mag körüli elektronpályákat (olyan atommagok, amelyeknél radioaktivitást nem tapasztaltak, kb. 271 ilyen atommagot ismerünk, pl. 12C, 14N, 16O).

Nukleáris periódusos rendszer a mágikus proton számok alapján. A jobb szélső oszlop a mágikus és félmágikus protonszámokkal rendelkező elemeket mutatja. A kerek sarokdobozokban feltüntetett elemek azok, amelyek magjai alapállapotban deformálódnak. A fekete szimbólummal rendelkező elemeknek stabil atommagjai vannak, míg a fehér szimbólumokkal rendelkező elemek atomjaiban, az összes izotóp instabil. Annak ellenére, hogy Bi és Th instabilok, nem vonjuk be őket az instabil elemekbe, mivel ezek bomlásának felezési ideje a világegyetem korával összevethető, vagy annál hosszabb. Hasonlóképpen, az U instabil elemeit sem vonjuk be, mivel a felezési ideje hasonló a föld korához. (Kép: K. Hagino & Y. Maeno)

Az úgynevezett nemesgázok, olyan közömbös elemek, mint a hélium, neon és argon, ritkán reagálnak más elemekkel. Legstabilabb elektronszámuk 2, 10, 18, 36 és így tovább. Ezeket a számokat atomi mágikus számoknak nevezzük, és ami fontos, ugyanez az elv alkalmazható a protonokra is."

A protonok különböző stabil mágikus számmal rendelkeznek: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 és így tovább. Ezek között vannak olyan ismerős elemek is, mint a hélium, az oxigén és a kalcium.

A Nucletouch táblázat ezeket a „varázsmagokat” helyezi a középpontba, új perspektívát biztosítva az elemek számára.

Az előző ábrához hasonló periódusos rendszer, de olyan változat, amelyben az elemek szimmetrikusan vannak elrendezve a héjzárások körül. (Kép: K. Hagino & Y. Maeno)

Kouichi Hagino beszámolójában: „Hasonlóan az elektronokhoz, ha az atommagban található pályák protonokkal vannak kitöltve, stabil atommagokat alkotnak, hasonlóan a nemesgáz elemekhez. Nucletouch periódusos rendszerünkben azt is látjuk, hogy a magok általában gömb alakúak a mágikus számok közelében, de deformálódnak, amikor elmozdulnak tőlük.”

Atommag-periódusos rendszer, amelyben az atommagban található pályákat különböző színek mutatják. A héjakon belüli pályák rendezése a neutronok számától függhet. Ezenkívül a nyílt héjú magok esetében a párosítási korrelációs és deformációs hatások zavarhatják a gömbös pályák egyszerű kitöltésének értelmezését. (Kép: K. Hagino & Y. Maeno)

A tudósok azért készítették a táblázatot, hogy kiemeljék a természet törvényeinek bemutatására szolgáló alternatív módszereket, és remélik, hogy a rajongók és a tudósok egyaránt találnak benne valamit, amit élvezhetnek, és tanulhatnak belőle.

(Forrás: Springer Képek: K. Hagino & Y. Maeno, NASA)