جادوی قلع

برگردان: احسان سنایی

فلز قلع هرگز بها و اعتبار طلا، نقره و پلاتین را نداشته و نخواهد داشت؛ اما از دید یک فیزیکدان، ماده‌ای جادویی‌ست. فیزیکدانان دانشگاه راتگرز نیوجرسی، اخیراً طی مقاله‌ای در نشریه‌ی علمی نیچر، از مطالعات‌شان بر این فلز که به تکمیل دانسته‌هایمان از مفهومی موسوم به اعداد جادویی انجامیده، پرده برداشته‌اند؛ مطالعاتی که شاید سایر دانشمندان را در توصیف نحوه‌ی ایجاد عناصر سنگین حین انفجارهای ستاره‌ای نیز یاری کند.

دانشمندان و مهندسین، با یاری شیوه‌های به‌کاررفته طی این پژوهش همچنین قادرند ایده‌ی ایجاد نسل آینده‌ی رآکتورهای هسته‌ای را وسعت بخشیده و مدارکی مباحثه‌برانگیز علیه دولت‌های طاغی و تروریست‌هایی که همیشه آماده‌به‌‌گسیل جنگ‌افزارهای هسته‌ای‌اند را هم جمع آورند. فیزیکدانانی که به تحقیق بر هسته‌ی اتمی – یعنی دسته‌‌ای چگال از پروتون‌ها و نوترون‌های واقع در بخش مرکزی اتم – می‌پردازند، از لقب «جادویی» برای وصف عناصری با اعداد اتمی – یا همان مجموع پروتون‌ها و نوترون‌ها – خاصی استفاده می‌کنند. اجزای هسته، در عددهای اتمی‌ ۲، ۸، ۲۰، ۲۸، ۵۰، ۸۲ و ۱۲۶؛ به‌شدت به‌هم چسبیده‌اند و اینگونه «عناصر جادویی» را ثُباتی فراوان می‌بخشند.

کیت جونز، پژوهش‌گر فوق‌دکترای سابق دانشگاه راتگرز و استادیار جدید دانشگاه تنسی / عکس از ائتلاف دانشگاه‌های Oak Ridge

این یافته برای نخستین بار توسط دکتر «ماریا جئوپرت-مایر» (Maria Geoppert-Mayer) و دکتر «هنس جانسن» (J. Hans D. Jansen)، حین تدوین مدل «قشر هسته‌ای»شان در دهه‌ی ۴۰ میلادی که نهایتاً جایزه‌ی نوبل شیمی ۱۹۶۳ را برایشان به ارمغان آورد؛ ارائه شده بود. اساس این اصل همانند طبیعت گازهای نجیبی چون هلیوم و نئون است که به‌واسطه‌ی تعداد الکترون‌هایی که اوربیتال‌های‌شان را پر کرده، همواره پایدارند و با دیگر اتم‌ها، ساده واکنش نمی‌دهند.

پروفسور «جولی سیزیوسکی» (Jolie Cizewski) و دکتر «کیت جونز» (Kate Jones) که هم‌اکنون پژوهش‌گر مقطع فوق‌دکترا بوده و به‌عنوان استادیار دانشگاه تنسی مشغول به فعالیت است؛ تصمیم دارند تا دانش موجود از اعداد جادویی در بین جامعه‌ی علمی را با بررسی ایزوتوپی از قلع که در حقیقت از دو جهت جادویی است – با ۵۰ پروتون و ۸۲ نوترون – افزایش دهند. ایزوتوپ‌ها، اَشکال اتمی گوناگونی از یک عنصر شیمیایی‌اند که تعداد پروتون‌هایشان ثابت، اما شمار نوترون‌های‌شان متغیر است.

ایزوتوپ نام‌برده از قلع، بر خلاف دیگر هسته‌های اتمی جادویی که مستحکم‌اند، طبیعتی ناپایدار دارد. نیمه‌عمر، یا زمان لازم برای نصف شدن یک عنصر پرتوزا طی فرآیند واپاشی رادیواکتیو؛ برای این ایزوتوپ تنها ۴۰ ثانیه است؛ زمانی بسیار کوتاه برای انجام مطالعات مستقیم از خواص هسته‌ای این ماده. از این‌رو جونز و سیزیوسکی حین کار در ساختمان «تشعشع رادیواکتیو یونی» هالی‌فیلد (Holifield) در آزمایشگاه ملی «اوک ریج» (Oak Ridge) این ایزوتوپ ناپایدار اما جادویی از قلع را فرآوری کردند و بلافاصله با افزودن یک نوترون و تبدیل‌اش از ایزوتوپ قلع-۱۳۲ به قلع-۱۳۳، آن را به پایداری نسبی‌ای رساندند.

پس از این امر، آن‌ها با بررسی خواص یک ذره‌ی گسیلی از هسته طی عملیات افزایش نوترون، توانستند ویژگی‌های ناشناخته‌ای از ایروتوپ دوبار-جادویی قلع ۱۳۲ که بررسی مستقیم‌اش امکان‌پذیر نیست را آشکارسازی کنند. سیزیوسکی و دانشجویانش، به‌‌یاری بودجه‌ی اهدایی از جانب شعبه‌ی انرژی سازمان ملی امنیت هسته‌ای ایالات متحده، چندی پیش (در سال ۲۰۰۳) بدین‌ روش پی برده بودند که جونز آن را عملاً در بوته‌ی آزمایش نهاد. سیزیوسکی می‌گوید:

«خواصی که ما در آزمایش‌مان به بررسی‌شان مشغولیم؛ به موازات نحوه‌ی تولید عناصر سنگین‌تر از آهن، در ستاره‌هاست. این نوع از قلع، شاید ابتدائاً در انفجارهای ابرنواختری (انفجار نهایی ستارگان که مرگ یک ستاره محسوب می‌شود) یا برخورد مستقیم ستارگان نوترونی (بقایای شدیداً چگال هسته‌ی ستارگان سنگین‌وزن مرده)؛ در مسیر تولید دیگر عناصر سنگین‌وزن طبیعت ایجاد شده باشد.»

دانشی که حین فرآیند انتقال نوترونی در این پژوهش به‌دست آمد همچنین می‌تواند به بازرسان هسته‌ای در تشخیص خط تولید و یا حتی آزمایش جنگ‌افزارهای هسته‌ای از سوی کشورهای ناسازگار و سازمان‌های تروریستی کمک نماید. به‌علاوه، این روش می‌تواند که به دانشمندان در خوانش هویت فرآورده‌های حاصل از شکافت هسته‌ای، همچون شواهدی که می‌تواند راهنمای بازرسان مظنون باشد، کمک کند.