بعض الذرات تعيش إلى الأبد تقريباً، مثل الرصاص-208، بينما لا يستمر نظير صناعي مثل التكنيشيوم-99 سوى ساعات قليلة، يكمن السر في بنية النواة الذرية ، حيث تجعل أعداد معينة من البروتونات والنيوترونات بعض النظائر أكثر مقاومة للتحلل الإشعاعي.

نظائر أولية تبقى منذ نشأة الأرض

بعض النظائر مثل الكالسيوم-40 والرصاص-208 تُعرف بالنظائر الأولية (Primordial Isotopes) لأنها وجدت منذ تكوّن الأرض وما زالت مستقرة حتى اليوم، على النقيض، هناك نظائر فائقة الثقل مثل الأوجانيسون-294 والتينيسين-294، والتي تتحلل في أقل من ملّي ثانية واحدة.

سر الأعداد السحرية

لاحظ العلماء منذ أربعينيات القرن الماضي أن نوى الذرات تصبح أكثر استقراراً عندما تحتوي على أعداد معينة من البروتونات أو النيوترونات، أطلقوا عليها اسم الأعداد السحرية وهي:

2، 8، 20، 28، 50، 82، 126.

على سبيل المثال:

الهليوم-4 (2 بروتون + 2 نيوترون) يمثل تركيبة مستقرة جداً.

الأكسجين-16 (8 بروتونات + 8 نيوترونات) من أكثر النوى استقراراً.

الكالسيوم-40 والرصاص-208 من النوى "المزدوجة السحرية" (Double Magic Nuclei).

لماذا النوى المزدوجة السحرية مختلفة؟

تتميز النوى المزدوجة السحرية بخصائص كمية (Quantum Properties) خاصة:

شكلها كروي تماماً، بخلاف معظم النوى الأخرى المشوهة.

ثباتها مرتبط بامتلاء مستويات الطاقة النووية، تماماً كما يحدث في المدارات الإلكترونية حول النواة.

النموذج الغشائي النووي

لفهم الظاهرة، وضع الفيزيائيون النموذج الغشائي النووي (Nuclear Shell Model)، الذي يشبه نموذج الأغلفة الإلكترونية.

البروتونات والنيوترونات تنتظم في "أغلفة" نووية ذات مستويات طاقة محددة.

النواة تصبح أكثر استقراراً عندما يمتلئ الغلاف بالكامل.

القوة النووية الشديدة (Strong Nuclear Force) تكون في أقصى فعاليتها في هذه الحالة.

حدود الاستقرار النووي

حتى الآن، لم يتضح إلى أي مدى يمكن تطبيق هذا النموذج:

القصدير-100 (50 بروتون + 50 نيوترون) يعد أثقل نواة مزدوجة السحرية المعروفة، لكنه يعيش فقط 1.2 ثانية.

العنصر المفترض Unbihexium، الذي يأتي بعد الرصاص في الجدول الدوري، لم يُصنّع بعد.

ويبقى السؤال: هل يمكن أن تساعد هذه الأعداد السحرية العلماء في إضافة صف ثامن إلى الجدول الدوري مستقبلاً؟