Postępy w fizyce jądrowej sugerują możliwość odkrycia stabilnych, superciężkich pierwiastków.
Naukowcy znaleźli alternatywny sposób wytwarzania atomów superciężkiego pierwiastka – limemoru. Nowa metoda otwiera możliwość stworzenia kolejnego elementu, który mógłby być najcięższym jak dotąd na świecie: numeru 120.
Poszukiwaniom nowych elementów przyświeca cel znalezienia wersji, które są wystarczająco stabilne, aby istnieć dłużej niż ulotna chwila. W fizyce jądrowej istnieje koncepcja znana jako „wyspa stabilności” – hipotetyczny obszar w górnych partiach układu okresowego, w którym nieodkryte jeszcze superciężkie pierwiastki mogą potencjalnie przetrwać dłużej niż kilka sekund. Naukowcy pracują nad zbadaniem, jak daleko może sięgać stabilność jąder atomowych.
W niedawnym badaniu prowadzonym przez naukowców z Uniwersytetu w Lund w Szwecji przetestowano nową technikę obserwacji pierwiastka limemorowego, który zawiera 116 protonów w swoim jądrze. Metoda ta dała obiecujące wyniki, stanowiąc krytyczny krok naprzód w misji stworzenia pierwiastka 120, który stałby się najcięższym pierwiastkiem, jaki kiedykolwiek odkryto.
„Byliśmy w stanie zarejestrować jądro limemorium w naszym detektorze zaledwie po ośmiu dniach trwania eksperymentu, co pokazuje, że od początku wybraliśmy całkiem dobre ustawienia” – wyjaśnił Dirk Rudolph, badacz z Uniwersytetu w Lund zaangażowany w badania.
Technologia kryjąca się za superciężkimi pierwiastkami
Mówiąc prościej, tworzenie nowych superciężkich elementów to kwestia czystej matematyki. Bierzesz znany już pierwiastek, a następnie strzelasz w niego wiązką jonów, aby w procesie reakcji syntezy jądrowej otrzymać jądro atomowe z większą liczbą protonów.
Naukowcy biorący udział w tym badaniu wykorzystali wiązkę jonów tytanu-50 (zawierającą 22 protony), która uderzyła w cel z plutonu-244 (zawierającego 94 protony). W rezultacie otrzymano limemorium zawierające 116 protonów.
W praktyce jednak proces ten jest niezwykle skomplikowany, gdyż zdecydowana większość superciężkich pierwiastków powstałych w reakcjach termojądrowych ulega natychmiastowemu rozkładowi. W tym badaniu pomyślne zarejestrowanie pojedynczego jądra limemorium wymagało około 5 000 000 000 000 000 000 prób.
Kampanię eksperymentalną przeprowadzono w prestiżowym Berkeley Lab w Stanach Zjednoczonych. Dla Dirka Rudolpha i jego kolegów z Lund powierzone mu zadanie dostarczenia nowego systemu detektorów na potrzeby szeroko zakrojonych eksperymentów w Berkeley jest jak piórko na głowie. Detektor z Lund, nazwany SHREC, został przywieziony do Stanów Zjednoczonych w bagażu podręcznym badaczy. Sercem detektora jest niewielkie pudełko zawierające 14 specjalnie zaprojektowanych płytek krzemowych.
Badania nad pierwiastkami superciężkimi wymagają najpierw akceleratora dostarczającego intensywną wiązkę jonów, która następnie jest skupiana na celu. Cel składa się z cienkiej warstwy pierwiastka cięższego od uranu. Produkt powstały podczas reakcji stapiania można zarejestrować w systemie detektorów po skutecznym rozdzieleniu.
„Jestem bardzo dumny, że SHREC działał jak w zegarku w układzie eksperymentalnym zaraz po tym, jak przywieźliśmy go ze sobą z Lund” – mówi Pavel Golubev, ekspert ds. detektorów w zespole z Lund.
Eksperyment z limemorium będzie trwał przez resztę roku, po czym naukowcy planują rozpocząć prace nad próbą wytworzenia pierwiastka nr 120, co może potrwać kilka lat.
Odniesienie: „W kierunku odkrycia nowych pierwiastków: produkcja Livermorium (Z=116) za pomocą 50Ti” do dnia 21 października 2024 r., Listy z przeglądu fizycznego.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.172502
Projekt SHREC był finansowany głównie przez Fundację Knuta i Alice Wallenbergów i stanowi główny wkład zespołu z Lund w program eksperymentalny w Berkeley.
Oprócz Berkeley Lab i Uniwersytetu w Lund w projekcie wzięło udział kilkanaście innych instytucji szkolnictwa wyższego.
