Hned za oponou periodické tabulky možná leží nová forma hmoty  
Fyzici mohou být na samotném okraji vysněného kontinentu stability. Pokud vyrobíme či najdeme hornodolní hmotu, tak bychom mohli spustit hornodolní energetiku, podle všeho uživatelsky příjemnější než fúzní energetiku.
Vytvoříme kvarkovou hmotu? Kredit: CERN.
Vytvoříme kvarkovou hmotu? Kredit: CERN.

Od sklonku roku 2016 je oficiálně uznaným a pojmenovaným nejtěžším prvkem periodické tabulky oganesson, s chemickou značnou Og. Jde o transuran s protonovým číslem 118 a atomovou hmotností 294. Tak jako u každého ze všech známých prvků periodické tabulky představují většinu hmotnosti atomu oganessonu protony a neutrony. Každou z těchto částic přitom tvoří protony a neutrony, které jsou zase poskládány vždy ze tří kvarků.

 

Bob Holdom. Kredit: University of Toronto.
Bob Holdom. Kredit: University of Toronto.

Klíčovým znakem známých částic baryonové hmoty je to, že kvarky v těchto částicích drží silná síla tak strašně silně, že jsou prakticky neoddělitelné. Jenomže by to nemuselo platit pro všechny atomy. Právě oganesson by mohl být jedním z posledních v řadě, které fungují tímto tradičním způsobem.

 

Bob Holdom z Torontské univerzity a jeho kolegové ve své nové studii tvrdí, že u atomů prvků s atomovou hmotností kolem 300 dochází k extrémní změně. Mohla by je totiž tvořit polévka volně se pohybujících kvarků „up“ a „down“, což jsou kvarky z protonů a neutronů. Nikoliv ovšem spoutané silnou silou, nýbrž utržené ze řetězu.


Holdom a spol. předpovídají, že taková hmota, které říkají hornodolní kvarková hmota (up down quark matter, udQM), by měla být stabilní pro extrémně těžké prvky. Mohla by existovat jenom krůček za dnešním koncem periodické tabulky. Pokud by se nám povedlo hornodolní hmotu vyrobit, mohl by se z ní stát pozoruhodný zdroj energie.

 

Narazíme na kontinent stability? Kredit: Holdom et al. (2018), American Physical Society.
Narazíme na kontinent stability? Kredit: Holdom et al. (2018), American Physical Society.

Není to úplně nový nápad. Edward Witten v roce 1984 navrhoval podivnou kvarkovou hmotu (strange quark matter, SQM), která by se měla skládat z horních, dolních a podivných kvarků. Fyzici pátrali po podivné hmotě celá desetiletí. Výpočty Holdomova týmu říkají, že tohle pátrání bylo vedle. Podle nich je pro dostatečně velký počet kvarků nejnižším energetickým stavem nikoliv podivná nebo jaderná hmota, nýbrž hornodolní hmota, tvořená rejem téměř nehmotných horních a dolních kvarků.

 

Proton a neutron. Kredit: Jacek rybak / Wikimedia Commons.
Proton a neutron. Kredit: Jacek rybak / Wikimedia Commons.

Pokud kvarková hmota leží hned za dveřmi periodické tabulky, tak by to bylo úžasné překvapení. Vědci ji totiž očekávají jenom na velmi extrémních místech, jako jsou jádra neutronových hvězd, kvarkové hvězdy, chaos vzniku vesmíru a výheň urychlovačů částic. Ve srážkách urychlovačů ovšem kvarková hmota vydrží jenom zlomek sekundy.

 

Jestli má Holdom s kolegy pravdu a hornodolní kvarkovou hmoty by skutečně mohly tvořit prvky s atomovými hmotnostmi kolem 300, tak bychom mohli takovou hmotu vyrábět spojováním atomů méně těžkých prvků. Mohl by to být onen slavný kontinent stability supertěžkých prvků, po němž fyzici tolik touží. Badatelé rovněž doufají, že bychom snad mohli nalézt hornodolní kvarkovou hmotu i na Zemi nebo někde poblíž Země, kde by se mohla objevit díky kosmickému záření.


Ať hornodolní kvarkovou hmotu najdeme anebo usmažíme na urychlovačích, mohli bychom ji uskladnit a pak do ní pouštět pomalé neutrony anebo těžké ionty. Když hornodolní hmota absorbuje takové částice, tak uvolní energii, převážně v podobě gama záření. Na rozdíl od jaderné fúze by mělo být relativně snadné takový proces spustit a ovládat. To by byla energie!

Literatura
Phys.org 15. 6. 2018, Physical Review Letters 120: 222001.

Datum: 19.06.2018
Tisk článku

De Gaulle - Jírů Jaroslav
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 397 Kč
cena: 333 Kč
De Gaulle
Jírů Jaroslav
Související články:

Je podivná hvězda reálným ostrovem stability supertěžkých prvků?     Autor: Stanislav Mihulka (26.03.2017)
Nejrychleji rotující kapalinou je kvark-gluonové plazma     Autor: Vladimír Wagner (24.08.2017)
Oganesson - chemické vlastnosti nejtěžšího známého prvku     Autor: Vladimír Wagner (02.03.2018)



Diskuze:

Prvky s nízkym polčasom rozpadu

Michal Lichvár,2018-06-22 10:11:47

Vie mi niekto povedať, aký význam má syntetizácia a zavádzanie takýchto prvkov do chemickej tabuľky, keď ich polčas rozpadu je menší než 1ms?

Je vôbec možné ich pokladať za prvky, keď ani sú schopné žiť dosť dlho nato, aby reagovali s ostatnými prvkami?

A ak by náhodou reagovali (v lab.podmienkach), vytvorili by zlúčeniny s dlhším polčasom rozpadu?

Odpovědět


Re: Prvky s nízkym polčasom rozpadu

Juraj Chovan,2018-06-22 11:39:12

Ak pod zlúčeninami máte na mysli molekuly, chemické väzby vytvárajú elektrónové obaly atómov, tie nemajú žiaden vplyv na polčas rozpadu jadra ktoré je 10000x menšie.

1ms je krátky čas pre človeka, ale dlhý pre jadro: ak by ste mal urobiť toľko krokov koľko krát nukleón v jadre interaguje s iným nukleónom počas 1 ms, musel by ste kráčať mnoho miliárd rokov.

Aj 1 ms je teda dosť veľa na to aby sme sa štúdiom ich interakcií dozvedeli nové veci o štruktúre superťažkých jadier, silnej interakcii atď.

Je pravda že lepší chlieb vďaka tomu v Lidli nekúpite. Dnes nevieme ako nám tieto poznatky pomôžu v budúcnosti. Možno nijako, a možno vďaka nim získame bezpečný a takmer neobmedzený zdroj energie.

Odpovědět

Graf s kontinentem stability

Pavel Hudecek,2018-06-20 03:19:14

Na tom grafu je nejzajímavější, že kontinent zasahuje i do záporných protonových čísel. Jen je otázka, co si pod tím představit. Vykrmit antiprotonama, to ne, v nich jsou antikvarky a ty by mám tu anihilovaly. Nebo se to dá krmit i elektronama? To by ale pak zas tyhle věci měly vznikat i v supernovách, problém s přebytkem protonů vyřešen. Jenže tam nic podezřelého detekováno nebylo.

Odpovědět


Re: Graf s kontinentem stability

Juraj Chovan,2018-06-20 09:27:54

Protón je zložený z dvoch "u" kvarkov a jedného "d" kvarku, neutrón z jedného "u" a dvoch "d". Ak by sme teda mali nejaké jadro zložené výhradne z protónov, obsahovalo by presne dve tretiny "u" kvarkov, jadro zložené iba z neutrónov by malo jednu tretinu "u" kvarkov.

V udQM jadre však nemáme protóny a neutróny ale kvarkovú polievku. Pokiaľ je takéto jadro stabilné aj v prípade že má menej ako tretinu "u" kvarkov, tak po rýdzo matematickom prepočte na klasickú bariónovú hmotu dostaneme zápornú hodnotu pre protóny.

Graf so zápornými hodnotami protónových čísiel teda hovorí že kontinent stability zasahuje aj do oblasti v ktorej je zastúpenie "u" kvarkov menej ako tretinové.

Odpovědět

to by byla energie????

Roman Gramblička,2018-06-19 09:51:03

Závěr článku nechápu. Nejprve do výroby takové hmoty pracně narveme množství energie, abychom se pak holedbali tím, jak lehce jí z ní dostaneme zpět? Uniká mi něco?

Odpovědět


Re: to by byla energie????

Pavel Krušina,2018-06-19 10:55:58

Nejspíš je to myšleno tak, že nejprve vyrobíme stabilní udQ jádro (to nás stojí energii)
a pak k němu přidáváme jiná jádra z protonů a neutronů.
A protože výsledek je opět nad hranicí 300 nukleonů, rozkládá se už sám na upQM - za uvolňování energie.
(až dokud nesežere celou Zemi :-)

Odpovědět


Re: až dokud nesežere celou Zemi

Juraj Chovan,2018-06-19 22:32:58

Aby sme vzniklé udQM jadro udržali pridávaním ďalšej hmoty stabilné, musíme ho "kŕmiť" veľkým množstvom neutrónov a malým množstvom protónov. Protóny sú totiž elektricky nabité, s druhou mocninou ich počtu rastie odpudivá sila ktorá sa snaží jadro roztrhnúť (preto majú superťažké jadrá oveľa viac neutrónov ako protónov).
Ak sa teda hypotetická hornodolná elektráreň vymkne spod kontrolu a udQM jadro začne požierať stenu reaktora, v dôsledku priveľkého počtu protónov sa udQM jadro samovoľne rozpadne.
Takže sme zachránení - zožratie celej Zeme by hroziť nemalo :)

Odpovědět


Očekávaná malá kritická hmotnost však umožní vyrobit i thermonukleární vzduchovkové střelivo nebo alespoň ruční granáty.

Josef Hrncirik,2018-07-15 10:19:52

Odpovědět

Extrémně těžké prvky ze supernov

Petr Matas,2018-06-19 05:45:42

Jestli jsou extrémně těžké prvky stabilní, musely by je produkovat i supernovy, takže bychom je našli i na Zemi nebo v asteroidech.

Odpovědět


Re: Extrémně těžké prvky ze supernov

Petr Petr,2018-06-19 06:03:00

Taky si to myslím. Je nepravděpodobné, že by takové prvky nebyly detekovány na Zemi i ve spektrech v dalekohledech. Něco jako nebulium. To je jasný důkaz, že tyto spekulativní teorie (extrapolace) jsou špatně a vůbec se nemusejí publikovat. Podobně jako temná hmota. Vědci si nepřiznají chybu v kosmologii, ale vymyslejí něco, aby to jako vyšlo. Ale to, že to na Zemi ani v nejmenší koncentraci nedetekujeme a přitom toho má být podstatná většina... Je to jako homeopatie...

Odpovědět


Re: Temná hmota

Petr Matas,2018-06-19 07:55:18

K té temné hmotě: Ta je přece potřeba k vysvětlení rotace galaxií. V některých jí vychází víc, v jiných méně. Takže jen kvůli kosmologii se temná hmota nezaváděla.

Odpovědět


Re: Re: Temná hmota

Pája Vašků,2018-06-19 09:41:15

vyžaduje to vysvětlení ploché rotační křivky galaxií. Přičemž ale dávné galaxie mají křivku normální. Otázka je, zda je ten model výpočtu rotzace galaxie správně a správně odečítáme rotaci galaxií (rotovat galaxie nikdo neviděl, odečítá se to z rudého posuvu). Obojí se zpocyhbňuje.

Odpovědět


Re: Extrémně těžké prvky ze supernov

Pavel Pelc,2018-06-19 12:54:19

Stabilní v tomto kontextu bude znamenat poločas rozpadu v řádu minut. Takže ho nemáte šanci nalézt. V asteroidech a na Zemi už vůbec ne. Leda tak chromaticky chvilku po vybuchu supernovy, jenze v ten okamzik tam bude zarit kdeco, a vy nevite co hledat, protoze zadnou charakteristiku neznate, kdyz tu hmotu neznate...

Odpovědět


Re: Re: Extrémně těžké prvky ze supernov

Juraj Chovan,2018-06-19 22:17:40

Od stability v ráde minút k úplnej stabilite nie je ďaleko - možno plus mínus pár neutrónov. Takže pokiaľ existujú superťažké jadrá s minútovým rozpadom, je veľká šanca že existujú aj úplne stabilné.
Prečo ich teda nevidíme v asteroidoch, na Zemi alebo v spektrách hviezd? Možno preto, lebo sú síce stabilné, ale vôbec nevzniknú: V jadrách hviezd (pred výbuchom supernovy) máme atómové jadrá ktoré majú približne rovnaký počet protónov aj neutrónov (uhlík 6+6, kyslík 8+8 atď). Pri výbuchu supernovy nám teda môžu vzniknúť superťažké jadrá, avšak len také ktoré tiež majú približne rovnaký počet protónov a neutrónov. Také sú však s princípu nestabilné - rozpadajú sa kvôli coulombovskému odpudzovaniu protónov ktoré rastie s druhou mocninou ich počtu.
Podmienkou stability ťažkého jadra je vysoký prebytok neutrónov (spomínaný oganesson má 118 protónov a 176 neutrónov). Pri výbuchu supernovy (alebo iných extrémnych udalostí) je mizivá pravdepodobnosť, že v mieste splynutia dvoch atómových jadier bude zároveň dostatok voľných neutrónov aby vo výsledku vzniklo superťažké jadro s dostatočne veľkým neutrónovým prebytkom.
Bájny "ostrov stability" teda existovať môže, ale keďže vo vesmíre nenastali podmienky aby také jadrá mohli samovoľne vzniknúť tak je logické že ich v uránovej bani nenájdeme.

Odpovědět


Re: Re: Re: Extrémně těžké prvky ze supernov

Alexandr Kostka,2018-06-22 18:41:23

Pokud takové prvky existují, nic o nich nevíme. Třeba ani nevyzařují fotony. Nebo tak mimo spektrum běžných prvků, že je ani nenajdeme. Nebo (což zní nejpravděpodobněji) jich vznikne tak málo, že jsou jejich spektrální čáry nerozlišitelné. Na supernovy koukáme z obrovské vzdálenosti, a jestli tam něčeho vznikne třeba gram na milion tun jiného materiálu..

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace