يک روش براي از بين بردن اتم، شليک کردن به آن با استفاده از قويترين تفنگ اشعه‌ي X اين سياره است. ليندا يونگ (Linda Young) در اکتبر سال 2009 زماني که در حال تست ليزر جديد الکترون آزاد اشعه‌ي X در آزمايشگاه شتاب‌دهنده‌ي ملي در کاليفرنيا بود، سعي کرد تا اين آزمايش را انجام دهد. يک پالس از اين دستگاه400 ميليون دلاري برابر با همه‌ي انرژي تابشي بود که در همان لحظه از خورشيد به زمين مي‌رسيد، با اين تفاوت که تنها در يک سانتي‌متر مربع متمرکز شده بود. يونگ مي‌گويد: «اين پالس هر چيزي را که در سر راهش قرار دهيد، نابود خواهد کرد.»
زماني که پالس ليزر به اتم‌هاي نئون در آن آزمايش برخورد کرد، آن‌ها را منفجر کرده و هر اتم ده الکتروني را در 100 فمتو‌ثانيه از جاي برکند. اما شيوه‌ي اين انهدام براي يونگ جالب‌ترين قسمت آن بود. پرتوهاي X ابتدا الکترون‌هاي داخلي اتم را حذف کردند و الکترون‌هاي بيروني را در سر جاي خود باقي گذاردند. بنابراين براي لحظه‌اي کوتاه اتم‌هاي نئوني که در مسير ليزر قرار داشتند، توخالي شدند.
اين شکل نامتعارف نئون يکي از چندين نمونه‌اي است که توسط فيزيکداناني که در از شکل انداختن اتم‌ها مصمم هستند، خلق شده است. برخي از اين گروه‌ها اتم‌ها را به اندازه‌ي ذرات گرد‌‌و‌غبار درآورده‌اند. در مواردي پاد‌اتم از پادماده ايجاد شده است. برخي ديگر هسته‌هاي اتمي را با پروتون‌ها و نوترون‌ها در جهت تلاش براي ايجاد عناصر فوق‌سنگين جديدي بارگذاري کرده‌اند. برخي از اين آزمايش‌ها به منظور بررسي ساختار اتمي صورت مي‌گيرد. در برخي ديگر از اتم‌ها به عنوان اولين گام در مدل‌سازي سيستم‌هاي پيچيده‌تر استفاده مي‌شود. همه‌ي اينها زاده‌ي انقلابي در نظريه‌ي اتمي است که توسط فيزيکدان دانمارکي، نيلز بور (Niels Bohr)، در صد سال پيش توسعه داده شد. اما بور به سختي قادر به تصور ميزان پيشروي دانشمندان در تغيير شکل اتم‌ها بوده است.
اتم‌هاي توخالي
در مدل بور مربوط به سال 1913 [1] الکترون‌ها ذرات نقطه‌مانندي فرض شدند که کوانتيده‌اند. به اين معنا که تنها مي‌توانستند از مداري به مدار ديگر جهش کنند اما قادر نبودند بين مدارها وجود داشته باشند. با ظهور مکانيک کوانتوم در دهه‌ي 1920، مفهوم مدارها حفظ شد با اين تفاوت که الکترون‌ها مي‌توانند در همه‌جا در اطراف هسته حضور داشته باشند و مکان احتمالي آن‌ها با استفاده از يک تابع‌موج رياضي شرح داده شد.
جدا کردن الکترون‌هايي که از هسته دورترند، به انرژي کمتري نياز دارد، بنابراين معمولاً در ابتدا حذف مي‌شوند. اما يونگ با استفاده از دستگاه ليزر اشعه‌ي X در آزمايش سال 2009 [2] توانست ابتدا همه‌ي الکترون‌هاي داخلي اتم‌هاي نئون را حذف کند و زماني که الکترون‌ها از پوسته‌هاي خارجي به پوسته‌هاي داخليِ خالي شده سقوط مي‌کردند، توسط پرتو حذف مي‌شدند.
يونگ مي‌گويد: «اگر شما اشعه‌ي X را به درستي تنظيم کنيد، مي‌توانيد انتخاب کنيد که ابتدا مي‌خواهيد کدام پوسته خالي شود.» گزارش کنوني در مورد اين نوع خالي کردن اتم، مربوط به عنصر زينان است که توسط گروهي از دانشمندان آلماني در نوامبر گذشته [3]منتشر شده است. يونگ معتقد است دانستن اينکه اتم‌هاي توخالي چطور تشکيل مي‌شوند، مي‌تواند به پژوهش‌گران جهت تفسير تغيير الگوهاي پراکندگي هنگام انفجار يک مولکول کمک کند. امسال فريتز اومير(Fritz Aumayr) فيزيکداني از دانشگاه صنعتي وينا مقاله‌اي [4] منتشر کرده است که نشان مي‌دهد انرژي خارج شده از يون‌ها به طرف غشاهاي کربني مي‌تواند سوراخ‌هايي با مقياس نانو ايجاد کند که اندازه‌ي آن‌ها با توان بار يون‌ها قابل کنترل است.
اتم‌هاي غول‌پيکر
از ديد هسته‌ي اتم، الکترون‌ها مسافران دورافتاده‌اي هستند، چراکه هسته قطري در ابعاد فمتومتر دارد اما الکترون‌ها به طور معمول صد هزار برابر قطر هسته‌اي از مرکز اتم مي‌توانند دور شوند. اما اتم‌هاي ريدبرگ، غول‌هاي دنياي اتمي، الکترون‌هاي بيروني دارند که مي‌توانند صد ميليارد برابر قطر هسته‌اي از مرکز اتم فاصله بگيرند. بزرگترين اتم‌هاي ريدبرگ مي‌توانند اندازه‌اي در ابعاد نقطه‌ي پايان اين جمله داشته باشند.
اين اتم‌هاي غول‌پيکر از دهه‌ي 1970 با پديد آمدن ليزر که مي‌توانست الکترون‌ها را تا چنين فاصله‌هاي زيادي برانگيخته کند، به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفتند. اين الکترون مانند هر مسافر راه دور ديگري مي‌تواند تنها و آسيب‌پذير باشد. جاذبه‌ي هسته در اين فاصله ضعيف عمل مي‌کند. بنابراين الکترون‌ها به‌سادگي مي‌توانند تحت تاثير ميدان‌هاي الکترومغناطيسيِ سرگردان و يا در اثر برخورد مختل شوند. به همين دليل اين اتم‌ها بايد در خلا بالا ايجاد شوند. اگر مجزا سازي از نيروهاي خارجي با دقت انجام شود، اين اتم‌هاي متورم را مي‌توان از چندين صدم ثانيه تا چندين ثانيه به همين حالت نگه داشت.
از نظر باري داننينگ (Barry Dunning) فيزيکداني از دانشگاه هوستون در تگزاس، لذت کار کردن با اتم‌هاي ريدبرگ آنجاست که توانايي ارزشمندي براي کنترل حرکت يک الکترون مي‌دهد. اين کار با اتم‌هاي معمولي امکان‌پذير نيست زيرا سرعت الکترون‌ها حتي در صورت استفاده از سريع‌ترين ليزر‌ها بسيار زياد است، در حالي که حرکت الکترون متورم اتم ريدبرگ بسيار آهسته‌تر است. او با استفاده از اين روش اتم بور را پس از حدود يک قرن دوباره ايجاد کرده است [5,6].
اين اتم‌ها کاربردهاي ديگري نيز دارند. دو اتم گازي که در فاصله‌ي چند ميکرومتري از يکديگر قرار دارند، در حالت عادي بر يکديگر تاثير نمي‌گذارند اما اگر يکي يا هر دو متورم باشند، ابرهاي الکتروني شروع به دفع يکديگر مي‌کنند. مارک سافمن (Mark Saffman) فيزيکداني از دانشگاه ويسکانسين مديسون (University of Wisconsin-Madison) با استفاده از اين ويژگي يک گيت منطقي کوانتومي ساخته است [7]. اين رويکرد ممکن است يک مدل مناسب براي مطالعه‌ي فيزيک سيستم‌هاي حالت جامدِ همبسته‌ي قوي ايجاد کند.
اتم‌هاي پادماده
در حال حاضر که مهندسان در حال ارتقاي توان برخود دهنده‌ي بزرگ هادروني در سرن هستند، در سالن مجاور آن آزمايشي در حال ارتقا است که ممکن است به فيزيکدانان اجازه دهد تا ويژگي‌هاي اتم‌هاي پادماده را اندازه بگيرند. اين هدفي است که پژوهش‌گران از سال1995، زماني که اولين اتم‌هاي پادهيدروژن در سرن ساخته شدند، دنبال کرده‌اند.
يک اتم پادهيدروژن شامل يک پادپروتون و يک پوزيترون است که به ترتيب همان جرم يک پروتون و يک الکترون معمولي را داراست اما با بار مخالف. اطلاعات بسيار محدودي در مورد پادهيدروژن وجود دارد. جفري هنگس(Jeffrey Hangst) سخنگوي ALPHA ، يکي از همکاري‌هاي مشترک براي توليد و تجزيه‌و‌تحليل پادهيدروژن، مي‌گويد: «آيا اتم‌هاي ماده و پادماده از قوانين يکساني در فيزيک پيروي مي‌کنند؟»
اين آزمايش‌ها در سرن ممکن است در توضيح اينکه چرا در جهان مرئي ماده‌ي بيشتري در مقايسه با پادماده وجود دارد، کمک کننده باشد.
براي ايجاد اتم‌هاي پادهيدروژن، پژوهش‌گران در سرن ابتدا پادپروتون‌ها را با بمباران کردن اتم‌ها به وسيله‌ي پروتون‌هاي پرشتاب ايجاد کرده‌اند. سپس سرعت آن‌ها را با گذراندن از ميان يک ورقه‌ي فلزي؛ و دماي آن‌ها را با استفاده از الکترون‌هاي سرد، کاهش داده و در نهايت با کمک ميدان‌هاي الکترومغناطيسي آن‌ها را به دام انداخته‌اند. با استفاده از روشي مشابه پوزيترون‌هايي که به وسيله‌ي مواد پرتوزا گسيل مي‌شوند، جمع‌آوري مي‌گردند. هنگامي که ابرهاي ذرات باردار با يکديگر ترکيب مي‌شوند، اتم‌هاي پادماده‌ي خنثي به وجود مي‌آيند. اما به دليل عدم وجود هيچ بار خالصي، در آزمايش‌هاي اوليه اين اتم‌ها از ميدان‌هاي الکترومغناطيسي که براي گيراندازي آن‌ها بکار رفته بودند، مي‌گريختند.
در سال 2002 دو همکاري جهت ايجاد 50000 اتم پادماده انجام شد، اما اين اتم‌ها به سرعت روي ديواره محفظه‌ي خود نابود شدند. در سال 2010 گروه ALPHA نشان داد [8]که چگونه اين اتم‌ها به کمک سه آهن‌ربا با يک ميدان مغناطيسي مشترک و گشتاور مغناطيسي کوچکي، پادهيدروژن را مهار کردند که براي مدت 170 ميلي‌ثانيه حفظ شد و به ازاي هر 8 بار تکرار آزمايشِ 20 الي 30دقيقه‌اي، تنها يک اتم به دام مي‌افتاد. اما اين گروه تجهيزات خود را به منظور گيراندازي يک اتم در هر آزمايش و نگهداري آن براي 1000 ثانيه ارتقا داده است.
اين گروه اکنون در تلاش است تا ويژگي‌هاي پاداتم‌ها را بررسي کند [9].
اتم‌هاي سنگين
پاداتم‌ها نادر هستند اما پژوهش‌گراني که آن‌ها را بررسي مي‌کنند در مقايسه با آن‌هايي که اتم‌هاي فوق سنگين را دنبال مي‌کنند، در دريايي از داده‌ها غرق هستند. در آزمايشي که صبر عظيمي نياز داشت، پژوهش‌گراني از دارمشتات آلمان (the GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research) 5 ماه از سال گذشته را صرف شليک به يون‌هاي تيتانيوم-50، با 22 پروتون و 28نوترون براي هر يون نموده‌اند، با اين اميد که فقط يک يا دو بار بين دو اتم هم‌جوشي رخ داده و عنصري با 119پروتون تشکيل شود؛ سابق بر اين چنين چيزي اتفاق نيفتاده است.
برخورد شديد باريکه‌هايي از اتم‌هاي سنگين طي هفتاد سال گذشته به فيزيکدانان اجازه داده است که جرم‌هاي سنگيني از پروتون‌ها و نوترون‌ها به وجود آورند و جدول تناوبي را فراتر از سنگين‌ترين عناصر طبيعي کنوني گسترش دهند. در حال حاضر رکورد با عنصر ليورموريوم (livermorium) است که از 116 پروتون و بسته به نوع ايزوتوپ 174 تا 177 نوترون تشکيل شده است.
در مورد عناصري با 117 و 118 پروتون نيز ادعاهايي وجود دارد که هنوز رسماً تاييد نشده است.
احتمال هم‌جوشي هسته‌ها با سنگين‌تر شدن آن‌ها کاهش مي‌يابد. زيرا پروتون‌ها و نوترون‌ها در برابر چسبيدن به يکديگر مقاومت مي‌کنند. بيشتر پژوهش‌گران بر اين باورند که فراتر از عنصري با 120پروتون شانس هم‌جوشي‌هاي سنگين‌تر بسيار ناچيز مي‌شود. از آن پس براي ادامه‌ي بررسي‌ها در زمينه‌ي عناصر فوق سنگين بايد انگيزه از انجام اين کار مشخص باشد. کنجکاوي و غرور ملي به خاطر سهيم شدن نام کشورها در اضافه کردن عنصري به جدول تناوبي نقش ايفا مي‌کند. اما هر عنصر فوق سنگين بسيار کوتاه عمر است و طي چندين ميلي‌ثانيه از هم مي‌پاشد.
بر طبق فرضيات نظريه‌پردازان، برخي از ترکيبات فوق‌سنگين پرتون و نوترون ممکن است براي مدت چندين ثانيه، دقيقه يا روز دوام آورد و اين زماني امکان‌پذير است که تعداد پروتون ها بين 114 تا 126 و تعداد نوترون‌ها حدود 184 باشد. اکنون واضح است که چرا توليد عناصر فوق‌سنگين پايدار از طريق برخورد عناصر سبک با عناصر سنگين امکان‌پذير نيست، زيرا تعداد نوترون عنصر حاصل شده بسيار اندک است. بنابراين پژوهش‌گران در حال تغيير روش‌هاي خود از طريق تلاش براي ساخت ايزوتوپ‌هاي سنگين‌تر عناصري که قبلاً ايجاد کرده‌اند، هستند.
به همين دليل دانشمندان سال آينده در موسسه‌ي تحقيقات هسته‌اي در دوبنا روسيه گرد هم مي‌آيند تا ايزوتوپ‌هاي غني از نوترون عنصري با عدد اتمي 118 را از طريق شليک باريکه‌هايي از کلسيم48 به کاليفرنيوم پرتوزاي251 بدست آورند.
به گفته‌ي يکي از پژوهش‌گران همواره توليد عنصر بعدي سخت‌ترين خواهد بود.