النهر يتفرع. أحد الفرعين واسع وسريع، تتدفق فيه المياه بسلاسة، لكن مع ارتفاع درجة الحرارة يتباطأ التيار: تظهر الدوامات والأمواج. الفرع الثاني ضيق، ذو منحدرات، حيث تقفز المياه من صخرة إلى أخرى. هذا التدفق، على العكس، يصبح أكثر حيوية مع التسخين. تقريباً هكذا، وفقاً لدراسة جديدة، يتصرف التيار الكهربائي في عائلة المعادن الغامضة — الأكتينيدات.
تشمل الأكتينيدات اليورانيوم والبلوتونيوم، بالإضافة إلى جيرانهما الأقل شهرة في الجدول الدوري — الثوريوم والنبتونيوم والكوريوم. مقاومتها الكهربائية لم تخضع لتفسير موحّد لفترة طويلة: بدت الرسوم البيانية لعناصر مختلفة وكأنها مرسومة لمواد مختلفة تماماً. اقترح مؤلف الدراسة نموذجاً بسيطاً بقناتين موصلتين متوازيتين. القناة الأولى تقليدية: تتناثر الإلكترونات وتتباطأ عندما تصطدم بالاهتزازات الحرارية للذرات (هذه الآلية توصف بمعادلة بلوخ-غرونيزن). مع ارتفاع درجة الحرارة، تهتز الذرات بقوة أكبر، وتعمل هذه القناة بشكل أسوأ.
القناة الثانية قافزة: تقفز الإلكترونات من ذرة إلى أخرى، مثل عصا التتابع. تتطلب هذه العملية طاقة تنشيط وتخضع لمعادلة أرينيوس: كلما كان المعدن أسخن، زادت رغبة الإلكترونات في الانطلاق. بالنسبة للنبتونيوم، كانت طاقة هذه القفزة قياسية بين جميع الأكتينيدات — حوالي 16 ملي إلكترون فولت (وهي كمية ضئيلة، أصغر بنحو مائة مرة من طاقة الضوء المرئي).
درجات حرارة ديباي المستخرجة من هذا النموذج تتطابق جيداً مع تلك التي قيست سابقاً من السعة الحرارية. وهذا يؤكد أن النموذج ليس حيلة، بل انعكاس لفيزياء حقيقية. القناتان للتيار ليستا مجرد استعارة، بل وسيلة ملائمة لوصف ما يحدث فعلاً في هذه المعادن غير العادية.
أشهر الأكتينيدات — اليورانيوم — يغيّر مقاومته عند درجة حرارة الغرفة تقريباً مرتين بين تعديلاته البلورية المختلفة، على الرغم من أنه كيميائياً نفس العنصر.
في رواية إسحاق عظيموف «الآلهة أنفسهم»، يعاني الفيزيائيون من لغز «البلوتونيوم-186» الذي ينتهك جميع القوانين. الألغاز الحقيقية للبلوتونيوم دفعت العلماء أيضاً إلى إعادة النظر في النماذج البسيطة — وإيجاد حل أنيق.