118. Tolik protonů se doslova narve do jádra prvku zvaného oganesson. Může se svět prvků ještě rozšířit? A nebo existují limity, které prostě nelze překročit…

Periodická tabulka působí jako uzavřený systém, který se jen čas od času doplní o nějaký těžký prvek, který se na chvíli zjevil v některé z laboratoří. Oganesson tuto představu na první pohled potvrzuje.

Sedmá perioda je zaplněná a mohlo by se zdát, že příběh je dopsaný, protože další prvky už totiž nejsou jen otázkou chemie, ale spíš extrémní fyziky, kde se experimenty odehrávají na hraně toho, co vůbec dokážeme vytvořit a změřit.

Každý nový atom vzniká jen na okamžik, často kratší než záblesk, a jeho existence se dokládá nepřímo. Místo stabilních stavebních kamenů hmoty tak vědci pracují s něčím, co připomíná spíš stopu po události než skutečný objekt.

Všechno nad uranem, tedy nad protonovým číslem 92, už v přírodě prakticky nevzniká. Pokud takové prvky existují, tak jen na zlomek okamžiku a většinou jen proto, že je někdo vytvořil v laboratoři. Supertěžké prvky jsou čistě umělý produkt moderní fyziky, vznikající v prostředí, které má k běžné chemické laboratoři asi tak blízko jako start rakety k počítadlu s kuličkami.

Princip je zdánlivě jednoduchý, ale v praxi brutálně neefektivní. V urychlovačích se svazky lehčích jader urychlí na obrovské rychlosti a poté se vystřelují do těžších terčů. Jenže většina těchto srážek končí okamžitým rozpadem nebo odrazem.

Pravděpodobnost, že se jádra skutečně spojí, je extrémně nízká. „Vezmete lehký prvek a vystřelíte ho na těžší, ale většinou se nic nestane,“ popisuje arménský fyzik Jurij Oganessian, který stojí za objevem několika nejtěžších prvků a prvek oganesson po něm nese jméno.

Když už se to ale podaří, výsledek připomíná spíš záblesk než stabilní hmotu. Vzniklý atom existuje často jen milisekundy, někdy ještě kratší dobu, než se záhy rozpadne na lehčí prvky. Vědci ho přitom v klasickém smyslu ani nevidí, ale jeho existence se dokládá nepřímo sledováním řetězců rozpadu a detekcí částic, které po něm zůstávají.

Tahle extrémní křehkost má jasnou fyzikální příčinu. Čím víc protonů se v jádře nahromadí, tím silněji se navzájem odpuzují. Silná jaderná interakce sice působí jako lepidlo, které jádro drží pohromadě, jenže její dosah je omezený a v určitém bodě už nedokáže elektromagnetické odpuzování vykompenzovat. Výsledkem je nestabilita, která roste s každým dalším protonem.

A tak není náhoda, že supertěžké prvky se rozpadají prakticky okamžitě, protože narážejí na fyzikální limity. Přesto fyzici a chemici závody o prvky, v jejichž jádrech protonová tlačenice, nevzdávají. A tak vzniká paradox:

čím víc se věda snaží posunout hranici periodické tabulky, tím víc se jí rozpadá pod rukama. A právě v tomhle napětí mezi možností a limitem se rodí otázka, která je možná zajímavější než samotné nové prvky: jestli vůbec existuje bod, kdy už další krok nebude možný.

Právě tady přichází do hry jeden z nejzajímavějších konceptů moderní jaderné fyziky: takzvaný ostrov stability. Už v 60. letech ho předpověděl americký chemik Glenn T. Seaborg, který upozornil, že některé kombinace protonů a neutronů by mohly vytvářet jádra výrazně odolnější vůči rozpadu, než jaké známe dnes.

Nešlo o návrat ke stabilitě v běžném slova smyslu, ale o jakousi oázu v poušti plné extrémně nestabilních prvků.

Podstatou je takzvaná slupková struktura jádra. Podobně jako elektrony v atomu vytvářejí energetické hladiny, i protony a neutrony v jádře se uspořádávají do určitých konfigurací. Některé počty, fyzici je nazývají magická čísla, vedou k pevnějším a stabilnějším strukturám.

Právě jejich kombinace by mohla vytvořit jádra, která by vydržela výrazně déle než milisekundy. „Některé supertěžké prvky by mohly mít poločasy rozpadu dost dlouhé na to, aby bylo možné studovat jejich chemické vlastnosti,“ řekl Seaborg.

Poprvé by tak nešlo jen o záblesk v detektoru, ale o něco, co by se dalo aspoň nějakou chvíli pozorovat.

Moderní výpočty tuto představu dále rozvíjejí. Fyzikové dnes nejčastěji mluví o oblasti někde kolem protonového čísla 126 a neutronových počtů kolem 184. Jenže tady přichází zásadní problém: dostat se tam znamená vytvořit jádra s velkým přebytkem neutronů, a to je technologicky mimořádně obtížné.

Jak upozorňuje jaderný fyzik Witold Nazarewicz z Facility for Rare Isotope Beams, současné experimenty se pohybují jen na okraji této oblasti: „Jsme zatím daleko od skutečného ostrova stability. Spíš se pohybujeme po jeho pobřeží.“ Ta metafora sedí přesně.

Vědci zatím narážejí na limity materiálů, intenzity svazků i samotné pravděpodobnosti srážek.

Další komplikací je, že čím těžší jádra se vědci snaží vytvořit, tím méně pravděpodobné je, že se vůbec udrží pohromadě. Každý experiment tak připomíná hledání jehly v kosmickém stohu sena. „Pravděpodobnost vytvoření supertěžkého jádra je extrémně malá.

Může to být jedna úspěšná událost z bilionů srážek,“ přibližuje Jurij Oganessian.

Právě proto se dnes pozornost obrací k novým zařízením a metodám. Urychlovače nové generace, jako je americké FRIB, dokážou produkovat neutronově bohatší izotopy, které by mohly být cestou k vytoužené oblasti.

Nejde ale o rychlý sprint, spíš o dlouhodobou strategii, kde každý nový izotop představuje malý krok správným směrem.

Otázka, kam až lze periodickou tabulku rozšířit, nemá jednoznačnou odpověď. Některé teoretické modely naznačují, že praktická hranice může ležet někde kolem protonového čísla 120 až 126. Jiné jdou dál a připouštějí existenci prvků s mnohem vyššími čísly.

Do hry ale vstupují i relativistické efekty. A výsledkem je, že chemické vlastnosti těchto prvků mohou být velmi odlišné od toho, co by člověk čekal podle jejich pozice v tabulce.

To vede k zajímavé otázce: i kdyby takové prvky existovaly, zapadaly by ještě vůbec do klasické periodické tabulky? Nebo by už šlo o úplně jiný typ hmoty, který by vyžadoval nové uspořádání?

Teoretici jdou ještě dál. Existují výpočty, podle kterých kolem protonového čísla 137 začíná být problém udržet elektrony vázané k jádru v klasickém smyslu. Jiné odhady posouvají tuto hranici až někam k hodnotě kolem 170. Tak či onak, za jistou hranicí se už nutně musí rozpadat samotný koncept atomu tak, jak ho dnes chápeme….