Student World

Forma monumentálních hrobek egyptských faraonů odpovídá jedné z nejzákladnějších struktur přírody. Ukazuje se, že tvar jader některých atomů může připomínat pyramidy či čtyřstěny a nikoli koule, jak se dosud myslelo. Pokud by se tento dosud jen teoretický předpoklad podařilo přesvědčivě doložit, bylo by možné snadněji zjišťovat a uměle vytvářet těžké prvky.

Mezi geometrickými tělesy vyniká koule se svým bezkonkurenčně nejkompaktnějším tvarem. Jinak řečeno, je to ideální těleso, které při minimální vnější ploše dosahuje největšího objemu. To je také důvod, proč se tak často vyskytuje v přírodě – od bublinek přes vodní kapky až po tvar planet včetně Země. Člověk tento tvar, stejně jako množství dalších, od přírody nesčíslněkrát okopíroval, ať už v podobě kuličkového ložiska, fotbalového míče nebo kupole hvězdárny. Paralel mezi tvary vyskytujícími se v přírodě a v lidských výtvorech lze ostatně najít bezpočet.

Řešení neúplné koule

Nová pozoruhodná podobnost právě vyvstala na úrovni lidského makrosvěta a přírodního mikrosvěta. V mikrosvětě, který se řídí zákony kvantové mechaniky, totiž optimální tvary nemusejí být nutně kulovité. Dosavadní zkušenosti vědců ukazují, že atomová jádra mohou nabývat i tvaru ragbyového míče nebo tvaru podobného vejci.

Podle předpokladů týmu teoretického fyzika Jerzyho Dudeka z francouzské Louis Pasteur University, který rovněž spolupracuje s týmy z Ústavu jaderné fyziky Akadaemie věd České republiky, by mohla atomová jádra nabývat i tvaru "pyramid". Vědci potvrzují, že zatímco koule jsou zpravidla nejstabilnějším tvarem jádra, v některých prvcích není někdy dostatek jaderných částic na to, aby vytvořily úplný kulový obal. Neutrony a protony se proto na vnějším obalu shlukují tak, že vytvoří pyramidu s kulatými rohy (viz kresbu vlevo nahoře).

Mnoho zajímavých prvků

Jádra atomu by, na rozdíl od egyptských pyramid, nemusela mít čtvercovou, ale trojúhelníkovou základnu – tvořila by čtyřstěn, neboli tetraedr, složený z trojúhelníků spojených hranami. Vědci na základě počítačových modelů vycházejících ze znalosti chování protonů a neutronů v jádře předpokládají, že se jehlanovitá jádra mohou objevovat u prvků nacházejících se na různých místech periodické tabulky.

Mezi prvky, jejichž jádra pravděpodobně zaujímají jehlanovitý tvar, by mohlo patřit zirkonium a yterbium. Vědci jsou však přesvědčeni, že i desítky dalších prvků, k nimž patří třeba vápník nebo uran, mohou mít méně stabilní stavy ve tvaru připomínajícím pyramidy. Teoreticky by mohly mít dokonce i další tvary, k velmi pravděpodobným patří osmistěn.

Extravagantní chování

Francouzští vědci se domnívají, že jádra s takto neobvyklými tvary mají vlastnosti značně odlišné od jader kulových. Tak například, uvnitř pyramid se mohou vytvářet drobná uskupení protonů a neutronů. Všechny stavy takové skupiny by se pak mohly chvět se zcela shodnou energií, což je unikátní chování, které vědci v atomech dosud nezaznamenali.

Podle všech předpokladů by pak supertěžké prvky na nejvzdálenějším konci periodické tabulky – za předpokladu, že jejich jádra mají tvar čtyřstěnu – mohly být mnohem stabilnější, než se dosud předpokládalo. A stabilnější prvky se lépe zjišťují i připravují. Nejprve však bude třeba prokázat, že pyramidální struktury v mikrosvětě existují nejen podle teoretických představ, ale také ve skutečnosti.

Z toho, že by se čtyřboké struktury mohly pohybovat velmi neobvyklým způsobem, lze usuzovat na jejich jedinečný "podpis" v oblasti záření gama. "Je to velmi vzrušující myšlenka, ale bude čertovsky obtížné ty věci skutečně najít," prohlásil jaderný fyzik Sam Tabor z Florida State University. "Bude to záležitost jemného přístrojového vybavení a také štěstí," dodal.

Pokud detektory nenaleznou pyramidální struktury, fyzici se budou muset znovu zamyslet nad tím, jak se vlastně protony a neutrony v jádrech seskupují. Jan Dobeš, ředitel Ústavu jaderné fyziky AV ČR, k tomu říká: "Nové představy o struktuře a formě jader a upřesnění jejich popisu mají významný dopad pro pochopení jaderné syntézy během vývoje vesmíru. Znalosti vlastností jader pak budou potřebné v praktických aplikacích od jaderné energetiky po nukleární medicínů."

Převzato se svolením redakce vědecké rubriky Hospodářských novin a http://www.ihned.cz

autor Bořek Otava