Багатовимірна таблиця Менделєєва

0
3

Тут деякі читачі дуже вразили від моєї розповіді про позитроний: ось, мабуть, найвеличніше опис позитрония, яке я коли-небудь зустрічав 🙂 Але тільки я хочу зробити маленьку поправку щодо його місця в періодичній системі елементів, ну і заодно нагадати про те, що ще можна зробити з таблицею Менделєєва і таблицею ізотопів.

Нульовий елемент

Традиційно, нульовим елементом прийнято вважати просто нейтрон. Нуль протонів, 1 нейтрон, таке ось ядро, ну а що воно електрони утримати поруч з собою не може — справа другорядна. До речі, тут є цікаве питання: а чи бувають інші ізотопи у цього нульового елемента? Ну або простими словами, можуть групки з кількох нейтронів триматися разом за рахунок ядерних сил, не розвалюючись?

Це питання зовсім нетривіальний і більше того, до кінця не з’ясований. Точно відомо, що два нейтрона у вільному стані разом втриматися не можуть, хоча намагаються — між ними є тяжіння, але воно занадто слабке, щоб утримати їх разом (це, до речі, типово квантовий ефект). А чи можуть втриматися разом чотири нейтрона? Років 8 тому були якісь дані з французької прискорювачі важких іонів Ganil, в яких начебто реєструвалися кластери нейтронів, але щось ці дані потім відтворити не вдалося. Теоретики схиляються до того, що існування таких кластерів навряд чи можливо (занадто сильно треба «натягувати» ядерні моделі, щоб таке становище стало можливим) — але чим чорт не жартує. Загалом, повної ясності немає.

Антитаблица Менделєєва

Таблицю елементів можна, звичайно, продовжувати і в негативну сторону. У природі є антипротоны, антинейтроны і позитрони, з них можна скласти антиядра і антиатоми. Вони будуть цілком стабільними, як і звичайні атоми, і їх можна вважати елементами мінус один, мінус два і т. д. Найлегші антиядра успішно народжувалися в експериментах (і навіть на Великому адронному колайдері), а антиводень вже вміють навіть накопичувати у вигляді хмарки і охолоджувати його. Ось для зацікавлених популярна стаття з МОР 1999 року, ось замітка 2002 року на Сайентифике і зовсім свіжі статті в «Популярною механіки»: раз і два.

А чи можна об’єднати разом в одне ядро, протони/нейтрони і антипротоны/антинейтроны? Формально можна, але нічого хорошого від цього не вийде, тому що нуклони і антинуклоны проаннігіліруют або перетворяться в легені мезони — причому тут же, а не будуть довго крутитися одна навколо одної, як в позитронии. Єдиний випадок, коли, можливо, має сенс говорити про якийсь метастабильном стані — це пари » протон-антипротон, пов’язана кулоновскими силами (аналог позитрония, тільки для протонів). Регулярно з’являються експериментальні натяки на таку можливість, але абсолютно надійно інтерпретувати ці натяки поки не можна. Ну в будь-якому разі це вже відноситься у фізиці елементарних частинок, а не до ядерної фізики.

Багатовимірна таблиця ізотопів

У звичайному речовині в ядрах сидять тільки протони і нейтрони, з-за чого таблиця ізотопів виходить двовимірної. Для кожного хімічного елемента (тобто кол-ва протонів — одне вимірювання) можна змінювати ізотопи (тобто кількість нейтронів — друге вимір).

Але в ядра також можна додавати й інші частинки. Наприклад, лямбда-гіперонів (їх простіше всього), сигма-гіперонів і так далі — загалом різноманітні метастабільні важкі частинки зразок протонів і нейтронів, але тільки зроблені з інших кварків. Ці нестабільні частинки, які розпадаються на наносекунди, і ядра з їх участю — теж, але як ми вже знаємо з прикладу позитрония, наносекунди — це дуже багато для атомної фізики. Так що такі ядра давно і успішно одержують і вивчають. Називаються вони гиперядра.

Лямбда-гіперонів, сигма-гіперонів і т. д. можна додавати в ядра незалежно від протонів і нейтронів. Тому такі гиперядра утворюють вже не двовимірну, а багатовимірну таблицю — по одному вимірюванню на кожен тип частинок. Правда експериментально ці додаткові вимірювання вивчати непросто, але дещо вже «промацали». Ось картинка з начерком такої таблиці, на якій по вертикалі відкладена «дивина» гиперядра. Наскільки я розумію, на ній показані ті гиперядра, які вже спостерігалися в експерименті.

Таблиця відкритих гиперядер (джерело).

До речі, нещодавно було зареєстровано і перше антигиперядро.

І знову про позитроний

Ну і повертаючись до позитронию — а де ж йому належить перебувати в таблиці Менделєєва або таблиці ізотопів? А чорт його знає 🙂 Особисто мені здається, що ні його, ні інші подібні стани ядер атомів або неправомірно відносити. Це просто пов’язані стану елементарних частинок.

Update: з подачі antihydrogen дізнався, що є така екзотична штука, як антипротонний гелій — ядро гелію, навколо якого крутиться антипротон (ну і електрон для нейтральності). Незрозуміло навіть, вважати це атомом або молекулою.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here