Săn lùng nguyên tố mới: Câu chuyện không có hồi kết-Phần 2

Trong kỳ 1, chúng ta đã cùng khám phá những bước ngoặt trong những câu chuyện ẩn sau từng ô của bảng tuần hoàn và dừng lại ở nhận định “khả năng thích ứng của bảng tuần hoàn giúp nó trường tồn”…

Nhà hóa học Glenn Seaborg, người đã tham gia khám phá 10 nguyên tố trong phòng thí nghiệm trong cuộc chiến “Transfermium” để tìm kiếm các nguyên tố mới. Ảnh: Seaborg đứng trước một bảng đồng vị vào năm 1946. Nguồn: Argonne National Laboratory, courtesy of AIP Emilio Segrè Visual Archives.

Kỷ nguyên hiện đại của săn lùng nguyên tố …nhưng như vậy không có nghĩa là không ai thử thay đổi nó: theo Eric Scerri [nhà triết học hóa học của Đại học California, Los Angeles (UCLA) – ông nghiên cứu lịch sử của những câu hỏi như “Thế nào là một nguyên tố hóa học?” –  và là tác giả cuốn “The Periodic Table: Its Story and Its Significance7” (NXB Oxford)] thì từ những năm 1860, đã có hơn một nghìn kiểu bảng tuần hoàn khác được đề xuất, thường với mục đích thể hiện một quy luật tuần hoàn nào đó không có trong bảng ban đầu. Trong số đó có cây Giáng sinh ba chiều của Fernando Dufour, năm 1990; hình xoắn ốc trông như đầu con vịt của Theodor Benfey, năm 1964; và khối hình bánh pretzel của Willam Crookes, thế kỷ 19, hiện được trưng bày ở Bảo tàng Khoa học, London. Mô hình thứ ba đặt urani ở dưới cùng, vì nó dựa vào giả định không có nguyên tử nào lớn hơn. Nhưng giới hạn trên của các nguyên tố ngày càng được nâng lên. Những câu chuyện khám phá của khoảng ba chục nguyên tố trong thế kỷ 20 – một số trong đó có lẽ nằm ngoài tưởng tượng của Mendeleev và Meyer – được gom lại trong cuốn sách “Superheavy: Making and Breaking the Periodic Table1” (NXB Bloomsbury) của nhà báo khoa học Kit Chapman.

Albert Ghiorso đặt một mẫu vào buồng lưới alpha. Máy dò này được sử dụng để khám phá các yếu tố 97, 98, 99, 100 và 101. Ảnh: Lawrence Berkeley National Laboratory

Những quả bom như vậy phát nổ lại lấp đầy thêm bảng tuần hoàn. Từ năm 1952, Mỹ thử bom nhiệt hạch xung quanh quần đảo Marshall. Các nhà khoa học cho máy bay chiến đấu F-84 bay vào các khu vực vụ nổ. (Theo Chapman, những quả cầu lửa đủ nóng để “mô phỏng sức nóng mãnh liệt của Mặt trời”.) Đầu cánh của những chiếc F-84 được gắn những bộ lọc có thể thu lấy những nguyên tử được vụ nổ tạo ra. Bay xuyên qua cuống của những đám mây hình nấm, cố gắng giữ cho máy bay khỏi rung lắc dữ dội, các phi công thu lượm “những nguyên tố thường chỉ có trong những vụ va chạm của sao neutron, Chapman viết. (Một phi công, Jimmy Robinson, phát hiện động cơ ngừng hoạt động sau khi ra khỏi cơn bão bụi hạt nhân; ông thiệt mạng khi cố gắng hạ cánh xuống nước.) Sau đó, trong một phòng thí nghiệm ở Berkeley, nhà vật lý học Glenn Seaborg và đồng nghiệp tìm được ở một trong các bộ lọc gắn trên máy bay 200 nguyên tử của nguyên tố số 99. Khám phá này chỉ được giải mật sau nhiều năm tranh cãi, nhưng các nhà khoa học Berkeley đã công khai mô tả nguyên tố đó vào năm 1954. Họ uống “cả đống cocktail” và sẽ đặt tên nguyên tố mới là einsteinium, theo tên người đề xuất làm quả bom [4].

Cuộc đua giữa các phòng thí nghiệm

Tìm kiếm trong thế giới thật

Scerri không cho rằng bảng tuần hoàn bị đe dọa nghiêm trọng bởi các nguyên tố như oganesson; ông chỉ ra rằng một số electron trong nguyên tử vàng cũng có vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng. Có thể đến cả thuyết tương đối cũng phù hợp với một quy luật nào đó – “một bằng chứng nữa”, ông viết, “về tính cơ bản chứa trong định luật tuần hoàn.” (Copernicium, nguyên tố số 112, nằm dưới vàng một hàng, cũng có vẻ mang các hiệu ứng tương đối.) Nhưng Scerri lập luận rằng những nguyên tố như vậy làm bảng tuần hoàn mất ổn định theo một cách khác. Ban đầu, tấm bảng được hình dung là sẽ mô tả các khối cơ sở của tự nhiên. Nhưng khi săn lùng nguyên tố trở thành tạo ra nguyên tố, ý nghĩa của bảng cũng thay đổi.  Giờ đây nó mô tả những gì có thể, bên cạnh những gì tồn tại.

Hai nhà vật lý Nga Georgy Flyorov và học trò Yuri Oganessian là cha đẻ của các nguyên tố siêu nặng là fleraium và oganesson. Ảnh:  Credit: ru.armeniasputnik.am.

Kể cả có một hòn đảo ổn định của nguyên tử, những nguyên tố siêu nặng sống trên đó rất có thể sẽ vô cùng hiếm. Nguyên tử hi-đrô cháy hết của một ngôi sao chỉ có thể trở thành nặng như sắt (nguyên tố số 26, trong số 172 hoặc 173 nguyên tố mà một số nhà khoa học tiên đoán sự tồn tại). Các nhà vật lý thiên văn tin rằng các nguyên tử lớn hơn được tạo thành khi các ngôi sao sụp đổ có thể, sau khi đi rất xa trong không gian, hạ cánh vào cái lò của một Mặt trời khác và tiếp tục lớn lên. Nhưng Trái đất đã bốn tỷ rưỡi tuổi – già hơn nhiều so với chu kỳ bán rã của nguyên tố siêu nặng ổn định nhất được dự đoán – và rất ít dấu vết của các hạt đó được tìm thấy ở đây. (Vì các nguyên tố siêu nặng thường dễ phân rã, các nhà săn lùng nguyên tố thường kiểm tra các thiên thạch vì chúng có thể có nguồn gốc từ những vụ nổ mới hơn.) Trong vài năm tới, các nhà khoa học nguyên tử có thể dễ dàng tạo ra các nguyên tố số 119 và 120 bằng máy gia tốc. Các nguyên tố đó có thể sẽ không bao giờ được tìm thấy ở ngoài phòng thí nghệm.

Cơn sốt vẫn còn âm ỉ

Cơn sốt nguyên tố có vẻ đã nguội đi ở Mỹ, nhưng nó tiếp tục âm ỉ ở những nơi khác. Nguyên tố đầu tiên được người Nhật tìm ra là nihonium, số 113, năm 2004. Chapman kể rằng trẻ em Nhật đọc những truyện tranh kịch tính hóa công trình của Kosuke Morita, nhà vật lý hạt nhân hàng đầu trong nước. Năm 2016, khi nihonium chính thức được đưa vào bảng tuần hoàn, Thái tử5 Naruhito vô cùng xúc động: tại một buổi lễ đặc biệt, ông nhớ lại việc chép tay bảng tuần hoàn khi còn bé. Trong khi đó, ở Geneva, các nhà khoa học ở Trung tâm châu Âu về Nghiên cứu hạt nhân (CERN) đã mở rộng cuộc tìm kiếm tới những vùng khác của vũ trụ. “Một số người tin rằng có những dạng vật chất tối khác nhau,” Ying Wun Yvonne Ng, một nhà nghiên cứu vật lý hạt, nói với tác giả. “Ai mà biết được. Nó có thể lấp đầy một bảng tuần hoàn lớn hơn nhiều.”

Technetium, nguyên tố nhân tạo đầu tiên, hiện vẫn được sử dụng trong điều trị ung thư ở khắp thế giới. Trên lý thuyết, các nguyên tố mới hơn cũng có thể có ích giống như thế: theo Chapman, các nhà khoa học phỏng đoán rằng một lượng flerovium bằng hạt đậu “có thể cấp điện cho một thành phố”, nếu nó có thể trở nên ổn định. Tuy nhiên, sự thực là những người bị ám ảnh bởi việc săn lùng nguyên tố có những lý do trừu tượng vượt quá cả vinh quang khoa học. Trong cuốn “Superheavy”, Chapman đến phòng thí nghiệm ở Nga để gặp Oganessian và hỏi ông vì sao vẫn tiếp tục tìm kiếm, nhất là sau khi đã có một nguyên tố mang tên mình. “Nếu anh có một cỗ máy để làm việc này,” Oganessian trả lời, “thì tại sao không?” Anh xây dựng cỗ máy để tìm kiếm nguyên tử, anh tạo ra nguyên tử vì anh có cỗ máy. “Thứ này giống như cái bình của Pandora,” Oganessian nói, vỗ vỗ một bộ phận của một chiếc cyclotron đang được xây dựng. “Một cơ sở mới. Một máy gia tốc mới.” Tiếp tục tìm kiếm các nguyên tố, và câu chuyện không bao giờ kết thúc.

——