Ремесло древних алхимиков перемежалось с мифологией, философией и примитивной химией: они пытались превратить базовые металлы в благородные и занимались поиском рецептов бессмертия. С современными учёными их объединяет стремление найти отчасти философско-мистический способ превращения веществ. Физики-ядерщики – алхимики нашего времени работают над открытием новых химических элементов для расширения познаний человечества об окружающем мире.
Современные алхимики не пытаются превращать «бесполезные» металлы в золото или изобретать мифические объекты вроде дарующего бессмертие философского камня при помощи базовых лабораторных сосудов и инструментов. Учёные надеются заложить новый – восьмой ряд в периодической системе химических элементов, используя для этого гораздо более впечатляющую аппаратуру – циклотроны и адронные коллайдеры. В природе не существует атомов, ядро которых состоит более чем из 92 протонов. Потому элементом с самым большим количеством протонов, который встречается в естественных условиях, является уран. Химические элементы с большим атомным номером называются трансурановыми, и получить их можно только искусственным путём.
Их синтезирование происходит в результате столкновения атомов с меньшим количеством протонов. Чтобы окружённые электростатическим полем позитивно заряженные протоны разных атомов не оттолкнулись друг от друга, учёным приходится разгонять частицы до неимоверных скоростей. При этом, как правило, один из атомов фиксируется на месте в качестве мишени. Затем его буквально обстреливают плотным потоком ионов другого элемента со скоростью близкой к световой в надежде, что удастся добиться их соединения. Самой большой сложностью процесса синтезирования является миниатюрность мишени: диаметр атома не превышает одной триллионной сантиметра. Более того, даже в случае удачного столкновения частиц вероятность из соединения составляет 1 к ста триллионам. К тому же, длительность существования нового сверхтяжёлого элемента чрезвычайно мала. При околосветовой скорости столкновения частиц современные алхимики имеют в запасе считанные мгновения, чтобы запечатлеть момент истины.
С начала 2000-х учёные России, США, Швеции и Японии пытались синтезировать элемент с атомным номером 113. Исследователи использовали различные методы для запуска процессов слияния или распада разнообразных атомов. При этом существование нескольких изотопов атома с одинаковым набором протонов, но разной атомной массой из-за отличий в наборе нейтронов, продолжалось всего лишь тысячную долю секунды. После официального объявления факта существования нихония Косуке Морита (руководитель научной группы японского института RIKEN) признался, что в какой-то момент он и его коллеги практически перестали надеяться на успех затеи и даже стали обращаться к религии и суевериям. Будто древние алхимики они стали видеть в своей работе что-то мистическое и ритуальное. К примеру, сам Морита взял привычку посещать синтоистский храм, оставляя пожертвование в количестве ровно 113 юаней.
На протяжении 9 лет Морита и научно-исследовательская группа института RIKENупорно расстреливали мишень в виде атома висмута потоком частиц цинка, постоянно изменяя многочисленные параметры. За всё это время японские «алхимики» предприняли более 4 триллионов попыток получить атом с 113 протонами. Добиться слияния ядер они сумели лишь трижды в 2004, 2005 и 2012 годах. Однако даже трёх удачных экспериментов было достаточно для официального признания существования нового элемента. Главным доказательством тому является способность элемента к альфа-распаду. В процессе распада супертяжёлые радиоактивные элементы испускают альфа-частицы, количество которых регистрируют и измеряют специальные датчики. Кроме того, приоритет японских учёных перед исследователями из других стран, также добившихся слияния ядер с нужным количеством протонов, заключался в том, что их нихоний в процессе распада превращался в хорошо изученные изотопы.
Сегодня величайшие умы научного мира занимаются поиском элемента с атомным номером 119. Этот гипотетический элемент уже получил временное название – «унуненний». Химические и физические свойства каждого нового атома предсказывают по аналогии с другими элементами вертикального ряда – группы, которая предусматривает наличие схожей квантовой структуры верхней электронной оболочки. По этому принципу «унуненний» должен повторять свойства химически активных щелочных металлов вроде лития, калия и цезия. Его открытие заложит начало исследования восьмого ряда-периода в периодической таблице химических элементов.
В этот раз наряду с японскими физиками работают учёные из Объединённого института ядерных исследований, расположенного в Дубне. С начала 2000-х годов российская команда весьма плодотворно работала над открытием новых элементов и именно им первыми удалось заполучить 4 последних элемента периодической таблицы с 114 по 118. Во главе этой научно-исследовательской группы стоит Юрий Оганесян, в честь которого назвали самый тяжёлый атом – Оганесон. Японские и российские «алхимики» используют метод горячего слияния ядер, однако выбрали кардинально разные химические элементы, которым суждено стать основой нового атома. Японцы отдают предпочтение мишени в виде атома кюрия, обстреливаемого ионами ванадия. Русские специалисты уверены, что гораздо вероятнее синтезировать «унуненний», сталкивая атомы берклия и титана. По словам физика Хиромитсу Хабы из команды Мориты, вероятность слияния берклия и титана действительно выше. Однако из 9 изотопов берклия для мишени подходит только один – 249Bk, а из-за его редкости и относительного небольшого периода полураспада эксперимент может затянуться на долгие годы.
Алхимики нашего времени, как и их предшественники, упрямо верят в бесконечность возможностей для превращения одних веществ в другие. Немецкие специалисты рассчитали, что периодическая таблица ограничена 172-173 элементами. Однако Косуке Морита считает, что, несмотря на сложность получения каждого последующего элемента, их количество во много раз превышает даже самые смелые расчёты учёных. Каждый новый сверхтяжёлый атом открывает невиданные прежде возможности. Теоретики надеются, что на восьмом ряду химических элементов им удастся найти так называемый «остров стабильности». Это гипотетическое понятие предусматривает наличие некоторого количества сверхтяжёлых атомов, имеющих стабильные изотопы, период полураспада которых составляет сотни и тысячи лет. Однако дальнейшие исследования не ограничены лишь теоретическими целями. Варианты практического применения новых атомов могут быть непредсказуемыми. Например, обнаруженные в 1880 году гадолиний и в 1937 технеций пригодились в медицине в качестве радиохимических препаратов для контрастирования при МРТ.
Не исключено, что один из синтезируемых Моритой и его коллегами элементов может стать тем самым ключом к бессмертию, которого на протяжении тысяч лет добивались древние алхимики.