بتوقيت بيروت - 9/18/2025 2:02:14 AM - GMT (+2 )
بعض الذرات مستقرة ، بينما يبدو أن البعض الآخر ينهار. من المحتمل أن تستمر Lead-208 إلى الأبد ، في حين أن Techotope Technetium-99 الاصطناعية موجود لساعات فقط. يكمن الفرق في بنية نواة الذرة ، مع “أرقام سحرية” معينة من الأسلحة النووية الجزيئات صنع بعض النظائر بشكل خاص مقاومة للتحلل الإشعاعي.
إذن ما هي هذه الأرقام السحرية ، ولماذا هي مميزة جدًا؟
يبدو هذا الاستقرار مرتبطًا جزئيًا بكتلة الذرة ، مع وجود عناصر أثقل تثبت أقل استقرارًا. لكن في الأربعينيات والخمسينات من القرن الماضي ، لاحظ العلماء أن العديد من وكان عناصر أخف أيضًا نظائر مشعة؛ يخضع كلا من الكربون -14 والبوتاسيوم -40 إلى تسوس مشع ببطء ويكونون مسؤولين عن جزء كبير من إشعاع خلفية الكوكب.
ومن المثير للاهتمام أن هؤلاء العلماء لاحظوا أن أعدادًا معينة من البروتونات والنيوترونات تبدو وكأنها نوى مستقرة بشكل غير عادي ، وأصبحت هذه القيم معروفة بالأرقام السحرية.
“الأرقام السحرية هي 2 و 8 و 20 و 28 و 50 و 82 و 126” ، قال ديفيد جنكينز، فيزيائي نووي في جامعة يورك في المملكة المتحدة “إذا كنت تأخذ أخفًا – بروتونان ونيوترونان – هذا هو نواة ذرة الهيليوم ، ونحن نعلم أن هذا مزيج مستقر للغاية من البروتونات والنيوترونات.”
متعلق ب: لماذا ليست جولة نواة الذرة؟
لعبة شلنوى الهيليوم ، المعروفة أيضًا باسم جزيئات ألفا ، تنبعث تلقائيًا من أثقل وغير مستقر ذرات لأنها تخضع للتسوس النووي.
وقال جينكينز “إذا فكرت في الأمر ، فهذا غريب للغاية”. “إذا كانت الذرة ستتحلل ، فلماذا لا تفقد البروتونات أو النيوترونات في وقت واحد؟ والسبب هو أن جسيم ألفا مستقر للغاية ، وهذا يتعلق بفكرة الأرقام السحرية هذه.”
وتشمل نوى السحر الأخرى الأكسجين -16 (ثمانية بروتونات وثمانية نيوترونات) ، والكالسيوم -40 (20 بروتونًا و 20 نيوترونات) و Lead-208 (82 بروتونًا و 126 نيوترونات) ، وأثقل عنصر معروف.
لفهم هذه الملاحظات الغريبة ، اقترح علماء الفيزياء “نموذج القشرة النووية” ، والذي يرسم أوجه التشابه مع الأصداف الإلكترونية المستخدمة لشرح السلوك الكيميائي للذرات.
“كانت الفكرة هي أن البروتونات والنيوترونات يجلسون في قذائف ، مثل الإلكترونات في الذرة ، وستشمل الإثارة النووية البروتونات والنيوترونات التي تقفز لأعلى ولأسفل بين تلك القذائف” ، أوضح جينكينز.
مثل نظائرها الإلكترونية ، فإن هذه القذائف النووية لها قيم طاقة ثابتة معروفة باسم الحالات الكمية ، والنظام أكثر استقرارًا عندما يتم ملء هذه القذائف تمامًا. المنطق الدقيق وراء هذا هو مزيج معقد من ميكانيكية الكم العوامل ، ولكن يعتقد أن قوة قوية – التفاعل الأساسي الذي يحمل البروتونات والنيوترونات معًا في النواة – أعلى من المتوقع لكل جسيم في القذائف المكتملة.
وبالتالي ، فإن الأرقام السحرية هي ببساطة أعداد الجسيمات المطلوبة لملء كل من هذه الأصداف النووية ، مع مستويات منفصلة للبروتونات والنيوترونات. يمكن أن تكون النظائر الفردية في المقابل سحرًا منفردًا ، مع وجود عدد سحري من البروتونات أو النيوترونات (على سبيل المثال ، نظير النظير البدائي-56) ، أو السحر المضاعف ، مع الأرقام السحرية من كل من البروتونات والنيوترونات (مثل Oxygen-16 و Lead-208).
وقال جينكينز إن هذه الأنظمة السحرية المضاعفة قليلة ومتباعدة ، لكنها تمتلك بعض الخصائص الكمومية المثيرة للاهتمام.
وقال: “إن الأنظمة السحرية المضاعفة لها توزيع كروي للمادة والشحن” – نواة مستديرة تمامًا. “معظم النواة مشوهة وتدور. لديهم بنية مختلفة جدا. ”
لا أحد يعرف إلى أي مدى سيمتد هذا النموذج. TIN-100-أثقل نواة سحرية مضاعفة ، مع 50 بروتون و 50 نيوترا-لديها أ نصف عمر 1.2 ثانية فقط، على الرغم من أن UnteriHexium ، العنصر السحري التالي بعد الرصاص ، لم يتم تصنيعه أبدًا. لذلك ، ما إذا كان دفعة الاستقرار السحرية هذه ستكون كافية للسماح للعلماء بإضافة الصف الثامن إلى الجدول الدوري يظل سؤالًا مفتوحًا.
إقرأ المزيد