Читать книгу "Научные сказки периодической таблицы. Занимательная история химических элементов от мышьяка до цинка - Хью Олдерси-Уильямс"

Хотя исследователи этих крайних пределов периодической таблицы в основном физики, они разделяют с химиками стремление как можно подробнее описать новые элементы и получить их соединения. И в упомянутом стремлении они руководствуются вовсе не какой-то сентиментальной ностальгией по прежним временам и желанием следовать по пятам открывателей первых элементов, а основополагающими научными принципами. Группе Армбрустера удалось создать такие соединения, как сульфат бория и тетроксид хассия, работая лишь с четырьмя атомами названных элементов. Тем не менее этого оказалось достаточно для того, чтобы подтвердить их химическое сходство с элементами, расположенными в периодической таблице непосредственно над ними, продемонстрировав таким образом, что принципы, в свое время открытые Д. И. Менделеевым, продолжают действовать и для новых экзотических элементов. Армбрустер поясняет.

Возникали предположения, что таблица Менделеева не выдержит новых тяжелых элементов. Принципы теории относительности, действующие в случае с внутренними электронами, движущимися со скоростью, близкой к скорости света, означают, что законы обычной квантовой механики здесь более не применимы. Однако мы обнаружили, что хассий ведет себя примерно как железо, а элемент с номером 112 – как ртуть.

Я задаю Армбрустеру вопрос о названиях. Называние элементов – дело химика, отвечает мне физик-ядерщик. Добавление протона к атомному ядру превращает его в другой химический элемент на одну единицу тяжелее. Добавление нейтрона просто делает из него более тяжелый изотоп того же самого элемента. Физики считают несправедливым, что новое название присваивается только в первом случае. Тем не менее Армбрустер принимал участие в присвоении названия многим элементам. По его словам, до 1992 г. первооткрыватель элемента пользовался преимущественным правом на выбор названия, затем все изменилось вследствие споров по поводу приоритета во времена «холодной войны». В настоящее время первооткрывателям разрешено лишь выдвигать предложения по поводу названий. Я замечаю слегка виноватую интонацию в голосе Армбрустера, когда он объясняет мне, почему его группа решила выбрать для 108-го элемента название хассий (в честь немецкой федеральной земли Гессен), а 110-й назвать дармштадтием. Официальным основанием для этого служит то, что таким образом они создали группу элементов с географическими названиями, в которую входят также европий и германий (Дармштадт – Гессен – Германия – Европа) и ответили на присвоение предшествующим элементам Сиборгом и Гиорсо названий америций, калифорний и берклий (по данному поводу в «Нью-Йоркере» появилась шутка, что теперь ученым осталось только открыть «университетий»). «Эта дурная традиция возникла в Беркли. Нам ничего не оставалось, как повторить ее в Европе», – поясняет Армбрустер. Вирус национализма крайне заразителен. Но в названиях, придуманных в Дармштадте, есть и более тонкий, патриотический подтекст – попытка продемонстрировать значимость Германии в ядерной физике. Любимое название Армбрустера из всех шести элементов, в присвоении наименований которым он принимал участие, – название элемента номер 109, мейтнерий, в честь австрийского физика-женщины и наполовину еврейки Лизе Мейтнер. Поначалу работавшая в Берлине, затем в Стокгольме и в Копенгагене, после эмиграции из нацистской Германии в 1938 г., Мейтнер стала одним из первооткрывателей явления ядерного распада – процесса, при котором атомное ядро расщепляется с выделением огромных объемов энергии. (В своей работе она также доказала, что элементы тяжелее урана не могут быть стабильными.) Мейтнер работала в атмосфере повсеместной дискриминации ученых-женщин и опасности нацистских преследований. «Я глубоко убежден, что она одна из важнейших фигур в истории ядерной физики ХХ века, – говорит Армбрустер. – И никакие жизненные тяготы не смогли ее сломить».

Так случилось, что я беседовал с Армбрустером через несколько дней после того, как он направил свое предложение о названии элемента с номером 112 в Международный союз чистой и прикладной химии (МСЧИПХ), организацию, занимающуюся утверждением химической номенклатуры. МСЧИПХ требует, чтобы у каждого нового элемента было легко произносимое название и запоминающийся химический символ. Выбор наименования для 112-го элемента сузился до 30 вариантов, нескольких немецких и нескольких русских. В нем отразился состав группы, проводившей исследования. Предыдущий открытый ими элемент с номером 111, был назван рентгением в честь немецкого ученого, открывшего рентгеновские лучи, Вильгельма Рентгена. Мне не удается выяснить, какое предложение выдвинул сам Армбрустер, он только намекнул, что к его нынешнему предложению патриотизм не имеет никакого отношения. «Я сделал все от меня зависящее, чтобы прервать последовательность элементов с названиями в честь немецких ученых и немецких городов», – признается Армбрустер[57].

Место открытия новых элементов теперь переместилось в Россию. В Объединенном Институте ядерных исследований в Дубне группу, синтезировавшую элементы с номерами 114 и 116, возглавляет Юрий Оганесян (элементы с нечетными номерами получить сложнее по причинам, связанным с особенностями стабильности ядра). Юрий знакомит меня с ощущениями исследователя в ходе подобного поиска.

Работа чрезвычайно сложна, так как вероятность формирования ядра нового элемента очень мала. Часто мы не получаем никакого результата вообще. На поиски могут уйти годы. Нетрудно понять психологическое состояние ученого, находящегося в подобной ситуации.

Я задаю вопрос о разнице между «открытием» и «созданием» элемента. На мой вопрос Юрий реагирует с энтузиазмом: «Я бы поставил вопрос в более резкой форме: зачем мы вообще открываем новые элементы?» Какой, скажем, смысл в синтезе дармштадтия, 19-го от урана элемента, а после него и 20-го? Зачем нужен этот бесконечный поиск? Ответ Юрия высвечивает самую суть научного подхода к миру. Значение открытий состоит не в получении какого-то трофея, а в расширении и углублении нашего понимания вселенной. Во времена расцвета деятельности группы Сиборга ученые исходили из теоретической модели атомного ядра, в соответствии с которой количество элементов конечно, за определенным порогом нестабильности новые элементы будет уже практически невозможно синтезировать. Однако исследования в теоретической физике в 1960-е годы показали, что вокруг некоторых достаточно больших атомных номеров могут возникать «островки стабильности». Этот новый подход стимулировал продолжение охоты за элементами с такими номерами, поиск которых до того был бы расценен как настоящее безумие. Очевидно, именно такое изменение в научных подходах и подтолкнуло Сиборга к рассуждениям относительно доведения периодической таблицы до элемента с номером 168. «Лишь в начале нового тысячелетия нам удалось изменить методы синтеза, создать элементы с атомными номерами от 112-го до 118-го и подтвердить практическую обоснованность того, что раньше рассматривалось лишь как теоретические гипотезы», – торжествующе заявляет Оганесян.

Но отличаются ли современные открытия от тех, что делались ранее? Оганесян отвечает отрицательно. Каждое открытие есть само по себе огромное достижение, а кроме того, оно дает исследователям ценную информацию относительно дальнейшего потенциала проекта, либо ограничивая возможное количество элементов, либо, напротив, открывая новые практически бесконечные перспективы продолжения исследований. Основное же значение таких открытий заключается в их вкладе в главнейшую миссию науки – увеличение объема человеческих знаний. «Синтез нового элемента – не самоцель. Усилия исследователей всегда были направлены на нечто более важное, чем просто заполнение очередной клеточки в периодической таблице. Мне хочется верить, что именно такой подход руководит всеми учеными».