운셉트트륨
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1. 개요
운셉트트륨은 이론적으로 양성자 수 137을 넘는 원소에서 나타나는 현상을 지칭하며, 특히 독일의 발터 그라이너는 양성자 수 173에서 원자핵이 "임계 전하"에 도달하여 전자 껍질 내부에서 쌍생성이 일어날 것이라고 예측했다. 이러한 예측은 원자핵을 넓이를 가진 공간으로 고려한 연구를 통해 이루어졌으며, 전자 배치의 불안정성으로 인해 가벼운 원소와는 다른 구조를 가질 것으로 예상된다. 1977년과 1980년에는 중이온 연구소에서 우라늄과 큐륨 원자 핵 충돌 실험을 통해 양전자 스펙트럼의 피크를 확인하는 연구가 진행되었다.
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| 운셉트트륨 |
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2. 특징
운셉트트륨은 173번 원소로, 아직 발견되지 않은 원소이다. 119번 우누넨늄부터 172번 운셉트븀까지를 8주기로 보는 시각과 9주기로 보는 시각이 공존하여, 운셉트트륨이 속할 정확한 주기는 불분명하다. 운셉트트륨은 존재할 수 있는 마지막 원소로 여겨지는데, 173번 원소까지는 합성이 가능하나 운셉트쿼듐부터는 합성이 매우 어려울 것으로 예측된다. 우누넨늄부터 운비헥슘까지는 오가네손 이후로 발견 가능성이 비교적 높은 원소로 꼽히지만, 그 이후로는 발견 성공률이 현저히 낮아질 것으로 보인다.
2. 1. 디랙 방정식과 한계
이론상, 원자핵을 점으로 취급하는 디랙 방정식에서는 양성자 수가 137을 넘으면 허수해가 되어 식이 성립하지 않게 된다.[2]2. 2. 발터 그라이너의 예측
독일의 발터 그라이너는 원자핵을 넓이를 가진 공간으로 연구하여, 1982년 양성자 수 173에서 원자핵이 "임계 전하"에 도달, 1s 궤도 전자의 결합 에너지가 정지 에너지의 2배가 된다는 예측을 발표했다[2]。정지 에너지의 2배(2mec2 = 1.022MeV)는 전자와 양전자의 쌍소멸 에너지 최솟값에 해당하며, 원자에 이 에너지를 넘는 감마선이 입사하면 역반응인 쌍생성이 일어나는 것이 확인되고 있다.
발터 그라이너의 예측에 따르면, 173번 이후의 원소는 전자 껍질 내부에서 쌍생성을 일으키기에 충분한 에너지를 가지며, 전자 배치가 불안정해져 가벼운 원소와는 다른 미지의 구조(이온성을 가질 것으로 예측)가 될 가능성이 있다.
2. 3. 불안정한 전자 배치
독일의 발터 그라이너는 원자핵을 넓이를 가진 공간으로 연구하여, 1982년 양성자 수 173에서 원자핵이 '임계 전하'에 도달하여 1s 궤도 전자의 결합 에너지가 정지 에너지의 2배가 된다는 예측을 발표했다.[2]정지 에너지의 2배(2mec2 = 1.022MeV)는 전자와 양전자의 쌍소멸 에너지의 최솟값에 상당하며, 원자에 이것을 넘는 에너지의 감마선이 입사하면 역반응인 쌍생성이 일어나는 것이 현재 확인되고 있다.
발터 그라이너의 예측에 따르면, 173번 이후의 원소는 전자 껍질 내부에서 쌍생성을 일으키기에 충분한 에너지를 가지며, 전자 배치가 불안정해져 가벼운 원소와는 다른 미지의 이온성을 띨 가능성이 있다.
진공 붕괴로 발생한 양전자는 원자핵과의 정전기적 반발로 외부로 방출되지만, 이것은 붕괴에 의한 양전자 방출과는 다른 현상이며, 이를 관측하는 실험이 고안되었다.
1977년 중이온 연구소에서 우라늄 원자(Z=92) 핵끼리 충돌시켜 양성자 수 184의 가상 입자를 만드는 연구가 진행되었다. 1980년 표적을 큐륨(Z=96)으로 바꾼 실험에서 양전자 스펙트럼의 피크가 확인되었다(2p 궤도도 양성자 수 185에서 임계 전하에 도달한다).[3]
3. 실험적 연구
운셉트븀(172번)은 존재할 수 있는 마지막 원소로 여겨진다. 173번 원소까지는 합성이 가능할 수 있지만, 운셉트쿼듐(173번)부터는 합성이 매우 어려울 것으로 예상된다. 우누넨늄(119번)부터 운비헥슘(126번)까지는 오가네손(118번) 이후 발견 가능성이 높은 원소로 꼽히지만, 그 이후 원소들은 발견 성공률이 현저히 낮다.
3. 1. 중이온 충돌 실험
1977년, 중이온 연구소에서 우라늄(Z=92) 원자핵끼리 충돌시켜 양성자 수 184의 가상 입자를 만드는 연구가 진행되었다.[3] 1980년, 표적을 큐륨(Z=96)으로 바꾼 실험에서 양전자 스펙트럼의 피크가 확인되었다(2p 궤도도 양성자 수 185에서 임계 전하에 도달한다).[3] 이러한 실험들은 임계 전하 개념을 뒷받침하는 증거로 제시되었으며, 극한 조건에서의 원자핵 및 전자 구조에 대한 이해를 넓히는 데 기여하고 있다.참조
[1]
뉴스
水兵リーベ僕の船……113番元素は「ニホニウム」
https://www.nikkei.c[...]
日本経済新聞
2016-06-09
[2]
논문
Search for the sparking of the vacuum
https://doi.org/10.1[...]
アメリカ物理学協会誌
[3]
간행물
真空は崩壊するか
https://cir.nii.ac.j[...]
日本物理學會誌
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