5. Наконец, некоторые элементы были созданы людьми в ходе контролируемых процессов в атомных реакторах — самым известным примером является плутоний, побочный продукт обычных урановых реакторов и сырье для изготовления ядерного оружия. Более необычные элементы с очень маленькими временем жизни были получены в результате столкновения атомов в специальных установках. Пока что мы добрались до 114-го элемента, но еще не смогли получить 113-ый. Возможно, уже удалось получить 116-ый элемент, однако заявление о синтезе 118-го элемента Национальной Лабораторией им. Лоуренса в Беркли в 1999 году было отозвано. Физики вечно сражаются за пальму первенства и, как следствие, право предложить название, так что самым тяжелым элементам все время присваивают временные (и смехотворные) названия вроде «унуннилий»[29] для 110-го элемента, что на ломаной латыни означает «один-один-нол-ий».
В чем смысл создания элементов с таким маленьким временем жизни? Никакого практического применения у них нет. В каком-то смысле они похожи на горы: достаточно просто того, что они есть. Кроме того, всегда полезно проверить, работает ли теория в экстремальных условиях. Но самое лучшее объяснение состоит в том, что подобные открытия могут стать шагами на пути к чему-то более интересному — при условии, конечно, что оно существует. Общее правило таково: после полония с номером 84 все элементы радиоактивны — они испускают частицы сами по себе и распадаются во что-нибудь другое, и чем выше атомный номер, тем быстрее идет распад. Однако в какой-то момент это правило может нарушиться. Мы не умеем строить точные модели для тяжелых атомов, как, впрочем, и для легких, однако чем тяжелее атом, тем меньше наши модели соответствуют действительности.
Различные эмпирические модели (хитроумные приближения, основанные на интуиции, догадках и подборе регулируемых констант) позволили вывести удивительно точную формулу, которая показывает стабильность элемента с заданным числом протонов и нейтронов. Для определенных «магических чисел» — термин Круглого Мира, показывающий, что придумавшие его ученые вобрали в себя атмосферу Плоского Мира и осознали, что их формула больше похожа на заклинание, чем на теорию — соответствующие атомы проявляют необычайно высокую стабильность. Магические числа для протонов: 28, 50, 82, 114 и 164, а для нейтронов: 28, 50, 82, 126, 184, 196 и 318. Например, самый стабильный элемент — это свинец, его атом содержит 82 протона и 126 нейтронов.
Всего лишь в двух клетках от крайне нестабильного элемента 112[30] находится элемент 114, временно называемый эка-свинцом. Имея в составе 114 протонов и 184 нейтрона, этот элемент является дважды магическим и в теории должен быть намного устойчивее своих соседей[31]. Не вполне понятно, насколько можно доверять этой теории, поскольку приближения формулы стабильности для таких больших чисел могут оказаться неверными. Любой волшебник знает, что иногда заклинания часто не срабатывают. Если все же предположить, что заклинание подействует, то можно будет, подобно Менделееву, предсказать свойства эка-свинца, опираясь на свойства элементов периодической системы, входящих в «группу свинца» (углерод, кремний, германий, олово, свинец). Как и показывает его название, эка-свинец должен быть металлом, похожим на свинец — с точками плавления/кипения соответственно 70 °C и 150 °C при атмосферном давлении. Плотность этого металла должна быть на 25 % больше плотности свинца.
В 1999 году группа ученых из Объединенного Института Ядерных Исследований (г. Дубна) объявила об успешном создании атома 114-го элемента. Их изотоп содержал всего 175 нейтронов, поэтому подпадал только под одно магическое число. Несмотря на это, время его жизни составило около 30 секунд — поразительно много для элемента с такой массой — так что магия пока что на нашей стороне. Вскоре после этого той же группе удалось получить два атома 114-го элемента с 173-мя нейтронами. 114-ый элемент также был получен в независимом эксперименте, проведенном в США. Пока мы можем получать лишь отдельные атомы эка-свинца, его физические свойства проверить не получится. Однако ядерные свойства этого элемента хорошо согласуются с теорией.
Еще дальше находится дважды магический элемент с номером 164, содержащий 164 протона и 318 нейтронов. Магические числа могут продолжаться и дальше… Экстраполяция — рискованное занятие, но даже если формула неверна, вполне могут быть особые конфигурации протонов и нейтронов, которые окажутся достаточно стабильными, чтобы соответствующие элементы могли появиться во Вселенной. Может быть, именно так устроены хелоний и слонород. А где-то впереди нас могут ждать ногго и плинк. Возможно, существуют стабильные элементы с гигантским атомным номером — некоторые могут быть размером с целую звезду. Например, нейтронные звезды целиком состоят из нейтронов и образуются, когда звезда большего размера сжимается под собственным гравитационным притяжением. Нейтронные звезды имеют огромную плотность: около 40 триллионов фунтов на кубический[32] дюйм (100 миллиардов кг/см3) — 20 миллионов слонов одним словом. Сила тяготения на их поверхности в несколько миллиардов раз превышает Земную. Частицы в нейтронной звезде упакованы настолько плотно, что ее можно считать за один большой атом.
29
К 2013 году подтвержден синтез элементов до 118-го включительно. Унуннилий (110-ый) теперь называется «Дармштадтием» (Ds) —
30
В 2010 году 112-ому элементу (унунбий, эка-ртуть) было присвоено название «Коперниций» (Cn)
31
Эка-свинец (он же унунквадий) c 2012 года известен под именем «Флеровий» (Fl). Правда, попытки синтезировать изотоп с атомным весом 298 (114 + 184) все еще не увенчались успехом