Wie viele Neutronen und Protonen können zurecht? Vielleicht 7.000

Dieser Artikel wurde aktualisiert: 28 Juni um 4:54 Uhr ET.

Wissenschaftler haben lange gefragt, ob es gibt ein Limit für die Anzahl der Protonen und Neutronen, die Form der Kern eines Atoms geclustert werden können. Eine neue Studie kommt näher als je zuvor durch Schätzung der Gesamtzahl der Kern-Variationen, die vorhanden sind, kann die Antwort zu finden.

Das Periodensystem der Elemente enthält 118 bekannte Arten von Atomen, und jede dieser existiert in mehreren Varianten mit unterschiedlicher Anzahl von Neutronen, wodurch sich insgesamt etwa 3.000 verschiedene Atomkerne (natürlich oder synthetisch). Als Technologie im Laufe der Jahre verbessert hat, Physiker bauen schwerer Atome – Element 117 entstand erst im letzten Jahr, und Forscher sind heiß auf den Spuren der 119. Neue Projekte sind in den Werken zu addieren und Subtrahieren von Neutronen an bekannten Elementen, immer mehr exotische Variationen, bekannt als Isotope zu erzeugen.

Aber wo endet es?

In einer Publikation Morgen ist (28 Juni) Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Forscher berichten, dass rund 6.900 Nuklide (Variationen der Atomkerne), plus oder minus 500, sollte möglich sein. [Infografik: kleinsten Teilchen der Natur seziert]

Atomare Bindung

"Jenseits der 7.000 wir über Nuklide, deren Lebensdauer kann so kurz, dass sie bilden können, sprechen", sagte Forschung Teammitglied Witold Nazarewicz von der University of Tennessee, das Oak Ridge National Laboratory in Tennessee und der Universität Warschau in Polen. "Das System würde sofort zerfallen."

Auch innerhalb dieser 7.000 wäre die überwiegende Mehrheit instabil, nur einen winzigen Bruchteil einer Sekunde dauert. Die 3.000 bekannten Nuklide sind nur 288 stabil.

Atome sind begrenzt die Anzahl der Protonen, die sie, enthalten können, weil jedes Proton positiv geladen ist, und "wie abstößt wie," sie wollen gegenseitig wegzudrücken. Auch Neutronen, die keine Ladung besitzen, sind zueinander leicht abstoßend. Eine geheimnisvolle Kraft namens der starken Wechselwirkung, die etwa 100 mal stärker ist als Elektromagnetismus ist was Protonen und Neutronen in Kernen verbindet.

"Die Natur oder die genaue Form der starken Kraft, vor allem in schwereren Kernen immer noch ein Thema sehr intensiver experimenteller und theoretischer Forschung", sagte Nazarewicz LiveScience. [Top 10 unerklärliche Phänomene]

Zum Erstellen die neuen Schätzung untersucht Nazarewicz und seine Kollegen, unter der Leitung von Jochen Erler von der University of Tennessee und Oak Ridge, sogenannte Tropf Linie, eine theoretische Begrenzung für die Anzahl der Neutronen, die mit einer bestimmten Anzahl von Protonen in einem Atomkern kombiniert werden können. (Die Idee ist, dass wenn mehr Neutronen über diese Zeile hinzugefügt werden, werden sie "Tropfen" oder aus dem Zellkern herausfallen.)

Um die Tropf-Linie zu plotten, extrapoliert die Forscher aus den verfügbaren Modellen der nuklearen Interaktionen in schweren Kernen. Durch die Einbeziehung verschiedener Modelle, konnten die Wissenschaftler schätzen die erste zuverlässige Fehlerindikatoren auf ihre Prognosen zeigen, wie präzise die Schätzung ist.

"Dies ist die erste Studie, die wirklich einen Fehlerindikator gab und zeigte, was die theoretische Vermutung für diese Grenze ist", sagte Nazarewicz. "Es ist nicht genug, dass Sie eine Nummer angeben. Sie müssen eine Nummer mit angeben [eine Schätzung der die] Unsicherheit. "

Supernovae und Neutronensterne

Die neue Schätzung ist nicht nur eine theoretische Menge — die Zahl wäre alle möglichen Arten, die innen astrophysikalische Phänomene wie Supernova-Explosionen oder Neutronenstern Fusionen erstellt werden könnte.

In extremen Situationen ein Überschuss an Neutronen wird erstellt, und viele von diesen Neutronen von Atomkernen, erstellen neue Nuklide erfasst werden können. Oft wird ein Prozess namens Beta-Zerfall auftreten, in denen verwandelt sich ein Neutron in ein Proton durch die Freigabe ein Elektron und ein winziger Partikel ein Neutrino genannt. Dies ermöglicht die Erstellung von nicht nur schwerere Isotope von vorhandenen Elementen, aber neue, schwerere Elemente mit mehr Protonen pro Atom. In der Tat wurden die meisten Elemente schwerer als Eisen im Universum gefunden in Supernovae erstellt.

Das Team der Erkenntnisse konnte in praktische Anwendung genommen werden, wenn eine neue Anlage bezeichnet die Anlage für seltene Isotop Balken etwa 2020 an der Michigan State University öffnet. Das Projekt soll ein Großteil der radioaktiven, schwach gebundene Kerne zu synthetisieren, die vorhergesagt, aber noch nie gesehen, um einige der Neuland in der nuklearen Landschaft abbilden zu können.

"Bemerkenswert ist, tun wir nicht, welche Kombinationen von Neutronen und Protonen ein Atomkerns machen können. Wir sind nicht sicher, wie viele Elemente letztlich vorhanden sein können, oder in der Regel für jedes Element wie viele Isotope sind möglich,"FRIB Chefwissenschaftler Brad Sherrill, wer nicht in der neuen Studie beteiligt war, schrieb in einer e-Mail. "Die aktuelle Arbeit ist wegweisend, denn es macht nicht nur eine solide Vorhersage für wie viele, sondern auch eine gute Schätzung der Fehler in dieser Vermutung gibt. Während die Fehler Band vernünftig aussieht, wir dürften noch Überraschungen zu finden, und es werden große Einrichtungen wie FRIB verwenden, um diese Vorhersagen zu überprüfen. Das einzige, was, das ich bereit bin zu wetten, ist, dass es Überraschungen auf dem Weg geben wird."

Wissenschaftler hoffen FRIB werden sich neue Elemente zu erstellen – das heißt, die Kerne mit mehr als 118 Protonen – neben neuen Isotope bekannter Elemente.

"Wie viele neue Elemente können wir schaffen? Wir wissen nicht,"sagte Nazarewicz.

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