Od početka veka, šest novih hemijskih elemenata je otkriveno i naknadno dodato u periodni sistem elemenata, samu ikonu hemije. Ovi novi elementi imaju visoke atomske brojeve do 118 i znatno su teži od uranijuma, elementa sa najvećim atomskim brojem (92) koji se nalazi u većim količinama na Zemlji.
Ovo postavlja sledeća pitanja: Koliko još ovih superteških vrsta čeka da budu otkrivene? Gde je—ako je uopšte—osnovna granica u stvaranju ovih elemenata? A koje su karakteristike takozvanog ostrva poboljšane stabilnosti?
U nedavnom pregledu, stručnjaci za teorijsku i eksperimentalnu hemiju i fiziku najtežih elemenata i njihovih jezgara sumiraju glavne izazove i nude novi pogled na nove superteške elemente i granice periodnog sistema.
Jedan od njih je profesor Kristof Dulman sa GSI Helmholtzzentrum fur Schverionenforschung u Darmštatu, Univerziteta Johanes Gutenberg u Majncu i Helmholc instituta u Majncu (HIM). U svom februarskom izdanju, Nature Reviev Phisics predstavlja ovu temu kao svoju naslovnu priču.
Već u prvoj polovini prošlog veka istraživači su shvatili da je masa atomskih jezgara manja od ukupne mase njihovih protonskih i neutronskih sastojaka. Ova razlika u masi je odgovorna za energiju vezivanja jezgara. Određeni broj neutrona i protona dovodi do jačeg vezivanja i naziva se „magija“.
U stvari, naučnici su rano primetili da se protoni i neutroni kreću u pojedinačnim školjkama koje su slične elektronskim školjkama, pri čemu su jezgra metalnog olova najteža sa potpuno ispunjenim školjkama koje sadrže 82 protona i 126 neutrona – dvostruko magično jezgro.
Rana teorijska predviđanja su sugerisala da bi dodatna stabilnost sledećih „magičnih“ brojeva, daleko od jezgara poznatih u to vreme, mogla da dovede do života uporedivih sa starošću Zemlje. To je dovelo do ideje o takozvanom ostrvu stabilnosti superteških jezgara odvojenog od uranijuma i njegovih suseda morem nestabilnosti.
Brojni su grafički prikazi ostrva stabilnosti koji ga prikazuju kao udaljeno ostrvo. Prošlo je mnogo decenija otkako se pojavila ova slika, tako da je vreme da iznova pogledamo stabilnost superteških jezgara i vidimo kuda bi nas putovanje do granica mase i naboja moglo odvesti.
U svom nedavnom radu pod nazivom „Potraga za superteškim elementima i granicama periodnog sistema“, autori opisuju trenutno stanje znanja i najvažnije izazove u oblasti ovih superteških. Oni takođe predstavljaju ključna razmatranja za budući razvoj.
Elementi do oganessona (element 118) su proizvedeni u eksperimentima, imenovani i uključeni u periodni sistem elemenata u akceleratorskim objektima širom sveta, kao što je GSI u Darmštatu i u budućnosti na FAIR-u, međunarodnom akceleratorskom centru koji se gradi u GSI. Ovi novi elementi su veoma nestabilni, a oni najteži se raspadaju za najviše nekoliko sekundi.
Detaljnija analiza otkriva da se njihov životni vek povećava prema broju magičnog neutrona 184. U slučaju kopernicijuma (element 112), na primer, koji je otkriven u GSI, životni vek se povećava sa manje od hiljaditog dela sekunde na 30 sekundi. Međutim, neutronski broj 184 je još daleko od dostizanja, tako da je 30 sekundi samo jedan korak na putu.
Pošto je teorijski opis i dalje sklon velikim nesigurnostima, ne postoji konsenzus o tome gde će se desiti najduži životni vek i koliko će oni biti. Međutim, postoji opšta saglasnost da se više ne očekuju zaista stabilna superteška jezgra.
Ovo dovodi do revizije superteškog pejzaža na dva važna načina. S jedne strane, zaista smo stigli do obala regiona poboljšane stabilnosti i tako eksperimentalno potvrdili koncept ostrva poboljšane stabilnosti. S druge strane, još uvek ne znamo koliki je ovaj region — da ostanemo pri toj slici. Koliko će trajati maksimalni životni vek, s tim da visina planina na ostrvu obično predstavlja stabilnost, i gde će se desiti najduži životni vek?
Nature Reviews Physics dokument razmatra različite aspekte relevantne teorije nuklearne i elektronske strukture, uključujući sintezu i detekciju superteških jezgara i atoma u laboratoriji ili u astrofizičkim događajima, njihovu strukturu i stabilnost, i lokaciju trenutnih i očekivanih superteških elemenata u periodni sistem.
Detaljno istraživanje superteških elemenata ostaje važan stub istraživačkog programa na GSI Darmstadt, podržan infrastrukturom i ekspertizom na HIM-u i Univerzitetu Johanes Gutenberg u Majncu, formirajući jedinstveno okruženje za takve studije.
Tokom protekle decenije dobijeno je nekoliko revolucionarnih rezultata, uključujući detaljne studije njihove proizvodnje, što je dovelo do potvrde elementa 117 i otkrića relativno dugovečnog izotopa lorencijum-266, njihove nuklearne strukture različitim eksperimentalnim tehnikama. , strukture njihovih atomskih omotača kao i njihovih hemijskih svojstava, pri čemu flerovijum (element 114) predstavlja najteži element za koji postoje hemijski podaci.
Proračuni proizvodnje u kosmosu, posebno prilikom spajanja dve neutronske zvezde, kako je prvi put eksperimentalno uočeno 2017. godine, zaokružuju istraživački portfelj. U budućnosti bi istraživanje superteških elemenata moglo biti još efikasnije zahvaljujući novom linearnom akceleratoru HELIAC, za koji je prvi modul nedavno sastavljen u HIM-u, a potom uspešno testiran u Darmštatu, tako da dalje, još egzotičnije i samim tim verovatno duže -živa jezgra će takođe biti eksperimentalno dostižna.
