Kulka, která dosloužila
Fyzikové stojí kousek od chvíle, kdy by se periodická tabulka prvků rozrostla o úplně nový, osmý řádek. Prvek s pořadovým číslem 120 by byl nejtěžším atomem, jaký kdy člověk vytvořil. Cesta k němu teď ale naráží na zeď, a to kvůli něčemu, co vědcům dosud sloužilo bezchybně. Nástroj, který posledních zhruba dvacet let fungoval jako spolehlivá kulka do atomového jádra, najednou nestačí.
Proč vápník-48 najednou nestačí
Tou kulkou je izotop vápník-48, jádro s 20 protony a 28 neutrony. Právě díky němu vznikly posledních pět nejtěžších známých prvků, od flerovia až po oganesson, prozatím nejtěžší prvek vůbec. Vápník-48 je stabilní a má výhodný poměr protonů k neutronům, takže se s ním dobře pracuje.
Problém je v matematice. Aby vznikl prvek 120, potřebuje vápník-48 narazit do terče s dostatkem protonů navíc. Jenže za hranicí prvku 118 by takovým terčem musely být einsteinium nebo fermium, a těch se na Zemi nenachází dost na to, aby se z nich dal vyrobit použitelný terč. Nástroj, který byl dvacet let ideální, se tak stal brzdou dalšího postupu.
Jak se vlastně nový prvek vyrábí
Princip je v zásadě jednoduchý. Do terče z jednoho prvku vědci v urychlovači vystřelí paprsek jader jiného prvku, a když se srazí dost prudce, protony obou jader se spojí do jednoho nového, těžšího jádra. Počet protonů terče plus počet protonů paprsku dává pořadové číslo nově vzniklého prvku.
Právě proto je volba paprsku klíčová, je to spíš hledání správného klíče k zámku než tvrdé bušení do dveří: čísla protonů se musí přesně sečíst na to, co vědci chtějí vytvořit.
Titan jako nepohodlný nástupce
Řešení nabízí jiný kov, titan-50, izotop s 22 protony, který tvoří jen asi 5 % veškerého titanu na Zemi. Tým Berkeley Lab pod vedením Jacklyn Gatesové ho otestoval jako paprsek namířený na terč z plutonia a po 22 dnech srážek vznikly dva atomy prvku 116, livermoria. Úspěch potvrdil rozpadový řetězec: livermorium se postupně rozpadlo na lehčí flerovium přesně podle předpovědi.
Pro prvek 120 je teď v plánu spojit titan-50 s kaliforniem-249, které má 98 protonů. Dohromady dávají přesně 120 protonů, tedy hledaný nový prvek. K experimentu bude potřeba kolem 45 miligramů kalifornia-249, které se má vyrábět v Oak Ridge National Laboratory.
Cena za tento posun je ale vysoká. Titan-50 má oproti vápníku jen šest neutronů navíc, je tedy méně stabilní a hůř se s ním pracuje. Navíc je potřeba ho vypařovat ve speciálních pecích zahřátých na 1 649 °C, což je výrazně víc, než vyžaduje vápník. Výměna paprsku tak představuje skutečnou technickou výzvu.
Jak rychle rostla periodická tabulka
První uměle vyrobený prvek, technecium, vznikl v roce 1937, když Carlo Perrier a Emilio Segrè bombardovali molybden. O tři roky později přibylo plutonium, později klíčové pro jaderné reaktory i zbraně. V roce 1944 pak Glenn Seaborg s kolegy Ralphem Jamesem a Albertem Ghiorsem vytvořili curium, vůbec první prvek, který v přírodě vůbec neexistuje a vznikl jen v laboratoři.
Od curia pak za zhruba šest následujících desetiletí přibylo dalších 23 uměle vytvořených prvků. Hon za prvkem 120 tak není žádný nový nápad, ale pokračování dlouhého příběhu lidské zvědavosti.
Ostrov stability: hypotéza, ne jistota
Proč se vědci vůbec pouštějí do tak náročné práce kvůli jednomu řádku v tabulce? Odpovědí je takzvaný ostrov stability, teoretická předpověď, podle které by některá velmi těžká jádra mohla vydržet mnohem déle než zlomek sekundy, jak je tomu u většiny dosud vytvořených supertěžkých prvků. Jde ale zatím jen o model, ne o ověřený fakt. Prvek 120 nikdo nevytvořil a nikdo přesně neví, jak dlouho by případně vydržel.
Sami vědci odhadují, že pokud se mají řídit tím, jak vzácně vznikalo livermorium, hledání prvku 120 může klidně zabrat několik let.
Co si z toho odnést
Hledání prvku 120 není jen sbírání dalšího puntíku do tabulky, kterou jsme se učili ve škole. Je to test toho, jak dobře vlastně rozumíme stavbě hmoty, a zároveň připomínka, že věda se často neposouvá objevem, ale nalezením lepšího nástroje. Jestli se titan-50 osvědčí i podruhé, periodická tabulka možná brzy dostane řádek navíc.