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2018년 7월 4일 수요일

원소 주기율표에도 끝이 있을까?



(Is there an end to the periodic table? Illustration of part of periodic table of elements with four new elements in period 7 called out, with oganesson element specifically highlighted. Credit: Erin O'Donnell, National Superconducting Cyclotron Laboratory, and Andy Sproles, Oak Ridge National Laboratory)


 원소 주기율표가 등장한지 이제 한세기 반이 흘렀습니다. 원소 주기율표는 아직도 확장되고 있는데 가장 최근에 113, 115,117, 118번 원소가 추가됐습니다. 물론 이런 무거운 원소들은 매우 불안정해서 순식간에 더 작은 원자핵으로 붕괴합니다. 예를 들어 오가네손(organesson, 118) 보다 무거운 원소는 전자와 결합해 원자를 구성하기도 전에 원자핵이 갈라져 붕괴됩니다. 물론 앞서 전해드린 것처럼 그보다 조금 가벼운 원소라도 붕괴되는 데 걸리는 시간은 극히 짧아서 1초 미만은 경우도 드물지 않습니다. 


 원자번호 104번보다 무거운 원자들은 초중량(superheavy) 원소라고 부르는데 워낙 반감기가 짧아 자연적으로 관찰된 적이 없고 모두 실험실에서 짧은 생애를 마감한 원자들입니다. 과학자들은 일부 무거운 원자들의 반감기가 약간 길지 모른다고 생각하고 연구를 계속하고 있지만, 이렇게 무거운 원자핵은 사실 만들기가 쉽지 않습니다. 분명 여기에는 어떤 한계가 있을 것입니다. 


 미시간 주립대의 비텍 나자레위츠 (Witek Nazarewicz, Hannah Distinguished Professor of Physics at MSU)는 그 이론적 한계를 연구했습니다. 그가 제시한 숫자는 양성자 172개입니다. 이보다 더 많은 양성자가 한데 모여있으면 핵력(nuclear force)으로도 원자핵을 유지할 수 없다는 것입니다. 물론 더 검증이 필요한 이론이기는 하지만, 아마도 172개 근처까지 새로운 원소를 합성하는 일 자체가 쉽지 않을 것으로 보입니다. 


 아무튼 이런 원소들은 매우 극한적인 환경에서만 생성될 뿐 아니라 수명이 극히 짧아서 우주에서 차지하는 비중이 거의 없다시피합니다. 우주의 원자 중 대부분은 수소와 헬륨이며 나머지 미량 원소들 가운서도 무거운 원소의 비중은 미미합니다. 그래도 원소 주기율표가 어디까재 채워질 수 있을지 궁금해 하는 것은 모두의 궁금증 가운데 하나일 것입니다. 



 참고 



Witold Nazarewicz, The limits of nuclear mass and charge, Nature Physics (2018). DOI: 10.1038/s41567-018-0163-3

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