سیلیکون جدید

فیزیک دانان انگلیسی و آمریکایی سیلیکون تازه‌ای خلق کردند که شمار پروتون‌های هسته آن "عدد جادویی" تازه‌ای در میان اعداد اتمی به شمار می‌آید .
هسته‌های اتمهای مختلف فقط در …

فیزیک دانان انگلیسی و آمریکایی سیلیکون تازه‌ای خلق کردند که شمار پروتون‌های هسته آن "عدد جادویی" تازه‌ای در میان اعداد اتمی به شمار می‌آید .

هسته‌های اتمهای مختلف فقط در صورتی پایدار باقی می‌مانند که شمار ریز-ذره‌هایی که در درون آنها جای دارند، یعنی شمار پروتون‌ها و نوترون‌های آنها، برابر اعداد معینی باشد.

این اعداد که به عددهای جادویی شهرت دارند نشان‌دهنده این نکته است که در درون هسته هیچ ریز-ذره آزادی موجود نیست که در ترازهای انرژی خاص خود به تنهایی سرگرم گردش باشد و همه ریزذره‌ها در ارتباط با یکدیگر سطوح انرژی درون هسته را پر کرده‌اند.

فیزیک‌دانان از مدتها پیش به شماری از این اعداد جادویی دست یافته بودند. این اعداد عبارتند از ۲ ، ۸ ، ۲۰ ، ۲۸ ، ۵۰ ، ۸۲ و ۱۲۸ برخی از عناصر موجود در طبیعت یا عناصر مصنوعی این خاصیت را دارند که هسته آنها با این اعداد جادویی مطابق است.

یعنی شمار پروتون‌ها یا نوترون‌های آنها مساوی با یکی از این اعداد است. این گونه عناصر در مقایسه با عناصر دیگر از پایداری بیشتری برخوردارند. در برخی از عناصر هم شمار پروتون‌ها و هم شمار نوترون‌ها مساوی با اعداد جادویی است و این گونه عناصر از پایداری مضاعف و دوگانه برخوردارند.

با این حال فیزیک دانان به این نکته نیز توجه داشته‌اند که سلسله اعداد جادویی که تاکنون کشف شده‌اند کامل نیست و اعداد جادویی دیگری نیز موجودند که می‌توان آنها را به این سلسله اضافه کرد.

در این هفته یک گروه مشترک از فیزیک‌دانان انگلیسی و آمریکایی در مقاله‌ای که در نشریه علمی "نیچر" به چاپ رسید گزارش دادند موفق به تولید یک سیلیکون رادیو اکتیو شده‌اند که هسته آن به طور مضاعف پایدار است و در عین حال شمار پروتون‌های آن یک عدد جادویی تازه را ارایه می‌دهد.

این پروتون رادیواکتیو که پروتون ۴۲ نام دارد ۲۸ نوترون و ۱۴ پروتون دارد. به این ترتیب عدد ۱۴ عدد جادویی تازه‌ای است که به سلسله اعداد جادویی اضافه شده است.

به گفته "جف تاستوین" فیزیک دان هسته‌ای از دانشگاه ساری که یکی از اعضای تیم مشترک انگلیسی - آمریکایی است بین ترازهای انرژی ۸ و ۲۰ برخی زیرترازها وجود دارند که به علت نزدیکی بیش از حد به یکدیگر معمولا به عنوان تراز مستقل به حساب آورده نمی‌شوند و بنابراین انتظار نمی‌رود در میان آنها به یک عدد جادویی دست یافته شود.

به این اعتبار سیلیکون معمولی که ۱۴ پروتون و ۱۴ نوترون دارد عنصری دارای اعداد جادویی تلقی نمی‌شود. اما هسته عناصر می‌توانند شمار بیشتری از ریز-ذرات اتمی را در خود جای دهند و این امر موجب می‌شود در موقعیت نسبی ترازهای انرژی درون هسته تغییر ایجاد شود.

تاستوین به اتفاق "پل کاتل" از دانشگاه فلوریدا و شمار دیگری از فیزیک دانان به بررسی این فرضیه پرداختند که اگر تعداد بیشتری نوترون به سیلیکون معمولی اضافه شود، این امر موجب تغییر در ترازهای انرژی داخل هسته این عنصر شده و باعث می‌شود عدد ۱۴ به یک عدد جادویی تبدیل شود.

این محققان به منظور آزمودن فرضیه خود یک پرتو با انرژی بالا از جنس گوگرد ۴۴ را به عنصر برلیوم تاباندند و به این ترتیب اتمهای گوگرد را وادار کردند تا دو پروتون خود را در اثر برخورد از دست بدهد و به سیلیکون ۴۲ تبدیل شود.

این گروه آنگاه نتایج حاصل از آزمایش را با نتایج محاسباتی مقایسه کردند که با استفاده از نظریه مکانیک کوانتومی تنظیم شده بود. میان نتایج آزمایشی و این الگوی نظری انطباق کامل مشاهده شد.

اهمیت تحقیق تازه در این نکته نهفته است که با استفاده از آن می‌توان واکنشهای هسته‌ای را که در ستاره‌های غول پیکر و ابرنواخترها در هنگام انفجار اتفاق می‌افتد مورد بررسی قرار داد.

در هنگام انفجار این اجرام بسیار بزرگ مقادیر زیادی نوترون آزاد می‌شود که در برخورد با اتم‌ها، عناصری نظیر سیلیکون ۴۲ تولید می‌کنند که از عمر کوتاهی برخوردارند.

به اعتقاد فیزیک‌دانان درک نحوه عمل این هسته‌های پر از نوترون می‌تواند به شناخت بهتری از چگونگی تطور و شکل‌گیری کیهان منجر شود.

ارشک میرهاشمی