Creación de elementos superpesados
Un grupo de investigadores ha demostrado una nueva manera de crear elementos superpesados, ofreciendo un método para producir el elemento 120, que sería el elemento más pesado jamás creado.
Científicos del Lawrence Berkeley National Laboratory en Berkeley, California, han anunciado hoy que han utilizado por primera vez un haz de titanio para crear un elemento superpesado conocido, el livermorio, elemento 116. Tras mejorar el equipo del laboratorio, el equipo planea utilizar técnicas similares para intentar producir el elemento 120. Hasta ahora, el elemento más pesado creado es el oganessón, elemento 118, que fue sintetizado por primera vez en 2002.
La investigación es “realmente innovadora”, según Hiromitsu Haba, quien lidera el Grupo de Investigación de Elementos Superpesados en RIKEN Nishima Center for Accelerator-based Science en Saitama, Japón. Haba forma parte de un equipo en RIKEN que tiene como objetivo producir el elemento 119. Los elementos superpesados son extremadamente difíciles de crear, requiriendo materiales de inicio difíciles de producir y experimentos prolongados, por lo que algunos grupos de física nuclear se centran en uno en lugar de otro.
El equipo de Berkeley presentó sus resultados en la conferencia Nuclear Structure 2024 en Lemont, Illinois, y los describen en un preprint que se publicará en el servidor arXiv. El equipo dice que han enviado el trabajo a una revista.
Límites nucleares
Los elementos superpesados no se encuentran naturalmente en la Tierra, pero los científicos creen que podrían aparecer en las estrellas. Son altamente radiactivos, se descomponen rápidamente a través de la fisión nuclear y tienen pocas posibilidades de aplicaciones prácticas directas. Sin embargo, al crear nuevos elementos, los científicos profundizan en la comprensión de cómo funciona el Universo y completan los modelos teóricos sobre cómo se comporta el núcleo atómico y sus límites, como la cantidad de protones y neutrones que puede contener.
Jacklyn Gates, líder del Grupo de Elementos Pesados en el laboratorio de Berkeley, dice que los químicos están especialmente emocionados por el próximo conjunto de elementos, ya que caerán en una nueva fila de la tabla periódica. Los elementos 119 y 120 serán los primeros documentados de la octava ‘fila’. En esta fila, los científicos esperan encontrar átomos con configuraciones de electrones no vistas hasta ahora, o orbitales. Los químicos están emocionados por la posibilidad de observar los orbitales g, lo que proporcionará “un conjunto completamente nuevo de orbitales para experimentar y explorar la química”.
El camino hacia el elemento 120
Para hacer nuevos elementos, los investigadores utilizan aceleradores de partículas para colisionar haces de iones con átomos en objetivos sólidos, con la esperanza de inducir reacciones nucleares que fusionen sus núcleos para producir elementos con un número cada vez mayor de protones y neutrones. Pero los materiales de inicio existentes están agotando su energía. El conjunto más reciente de elementos superpesados descubiertos, del 114 al 118, fue producido bombardeando objetivos hechos de actínidos (elementos de la séptima fila) con haces de calcio-48, que tiene 20 protones y 28 neutrones. Este isótopo de calcio es particularmente estable, lo que lo hace ideal para promover las reacciones de fusión nuclear necesarias.
Sin embargo, el calcio solo puede llevar a los científicos hasta cierto punto en los confines exteriores de la tabla periódica. Llegar al elemento 120 con un haz de calcio requeriría un objetivo que pueda proporcionar al menos 100 protones adicionales, pero hacer objetivos a partir de elementos tan pesados, que son todos raros y radiactivos, es extremadamente desafiante. El elemento más pesado que los científicos pueden producir en cantidades suficientes para convertirlo en objetivos es el californio, que tiene solo 98 protones. Por lo tanto, la única forma de avanzar es trabajar con haces más pesados.
Experimentos teóricos
Los datos de tales experimentos mejorarán los modelos teóricos, según Nazarewicz. Parte del desafío es que la teoría no puede proporcionar mucha orientación sobre esta región de la tabla periódica. Dependiendo de la energía del haz de iones utilizado para bombardear el objetivo, la probabilidad de producir un isótopo superpesado dado puede variar ampliamente.
“Si no corres a la energía correcta, después de cierto tiempo, no verás nada”, dice Nazarewicz. Los experimentos realizados con la energía óptima tienen más probabilidades de crear núcleos raros. Pero las predicciones sobre la mejor energía para producir el elemento 120 divergen ampliamente. “No sabemos cuáles de estos modelos son correctos”, dice Nazarewicz. El equipo de Berkeley “ha conseguido un punto en este diagrama, ahora no estamos completamente ciegos”, dice. (Nazarewicz se negó a comentar sobre el trabajo del JINR antes de la publicación.)
Gate dice que los próximos pasos de su equipo son repetir la síntesis de livermorio con el montaje de titanio para delimitar los mejores parámetros experimentales. Luego, los investigadores planean colaborar con científicos en el Oak Ridge National Laboratory en Tennessee para generar un objetivo de californio para usar en experimentos con el objetivo de producir el elemento 120. Las instalaciones de Berkeley deberán actualizarse para garantizar que su personal y equipo estén adecuadamente protegidos de este material radioactivo.