Το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley ανακοίνωσε μία νέα μέθοδο για την αξιόπιστη παραγωγή του στοιχείου 116, λιβερμόριο. Τα αποτελέσματα, τα οποία προέκυψαν χρησιμοποιώντας μια δέσμη τιτανίου για την ακτινοβόληση ενός δείγματος, θα μπορούσαν να οδηγήσουν στην πολυπόθητη «νησίδα σταθερότητας» για ακόμη πιο βαριά πυρηνικά στοιχεία και να δείξουν στους ερευνητές έναν τρόπο για να δημιουργήσουν το επόμενο εφικτό στοιχείο, τον αριθμό 120.
Πολλοί από εμάς θυμόμαστε τα περίεργα κενά σημεία στον περιοδικό πίνακα. Η ηλικία μας καθορίζει ποια ήταν αυτά τα κενά, αλλά ήταν πάντα υπήρχαν, επειδή η ανακάλυψη των στοιχείων δεν έγινε ποτέ με πλήρη αριθμητική σειρά. Η διαθεσιμότητά τους, εξαρτάται από την τοποθεσία, τη σταθερότητα και την προσβασιμότητα τόσο των φυσικά εμφανιζόμενων μορφών και κάποιας μεθόδου για τον διαχωρισμό τους.
Τα στοιχεία, έπειτα από ένα σημείο παύουν να είναι φυσικά και γίνονται εργαστηριακά. Αυτά τα στοιχεία μπορεί να υπάρχουν κάπου στο σύμπαν, αλλά η Γη δεν είναι αρκετά ψυχρή, δεν έχει αρκετά υψηλή πίεση και τα λοιπά, για να δημιουργηθούν αυτές οι συνθήκες εκτός εργαστηρίου. Ωστόσο, μέσα σε εργαστήρια όπως αυτό του Berkeley , οι επιστήμονες χρησιμοποιούν ολοένα και πιο προηγμένες τεχνολογίες για να εισαγάγουν περισσότερα πρωτόνια μέσα στους πυρήνες των ατόμων με στόχο τη δημιουργία αυτών των νέων στοιχείων.
Η νέα μέθοδος για την παραγωγή νέων βαρέων στοιχείων
Στο προσχέδιο της μελέτης τους, μια μεγάλη ομάδα επιστημόνων εξηγεί ότι έχουμε φτάσει στα όρια της τρέχουσας μεθόδου για την παραγωγή νέων βαρέων στοιχείων. Η πιο βαριά ανακάλυψη μέχρι σήμερα, το στοιχείο 118 ογκανέσσιο, δημιουργήθηκε χρησιμοποιώντας μια δέσμη σωματιδίων ισοτόπου ασβεστίου 48. Το ασβέστιο 48, με τα καθοριστικά 20 πρωτόνια και 28 νετρόνια, αποτελεί μία κοινή και πολύ αποτελεσματική αρχική ύλη για τη φυσική χημεία.
Ταυτόχρονα, πλέον δεν υπάρχουν αρκετά υλικά για να δεχτούν τη δέσμη ασβεστίου 48, ώστε να παραχθούν νέα στοιχεία. Αν και είναι αλήθεια ότι χρειάζεται απλώς να συνεχίσουμε να προσθέτουμε πρωτόνια στους υπάρχοντες πυρήνες, τα άτομα από τα οποία ξεκινάμε πρέπει να περιέχουν ήδη πολλά πρωτόνια για να υποστηρίξουν τη συγκεκριμένη αντίδραση. Για να παραχθούν τα στοιχεία 119 ή 120, εξηγούν οι ερευνητές, θα χρειάζονταν αϊνστάνιο (99) ή φέρμιο (100). «Δυστυχώς, κανένα από αυτά τα στοιχεία δεν μπορεί να παραχθεί σε επαρκείς ποσότητες για να χρησιμοποιηθεί ως κατάλληλος στόχος», γράφουν.
Το επόμενο βήμα
Το επόμενο μεγάλο βήμα στη φυσική χημεία, φαίνεται, να είναι το τιτάνιο. Το τιτάνιο 50 έχει 22 πρωτόνια και 28 νετρόνια και είναι πολύ σταθερό. Αυτοί οι επιστήμονες το εισήγαγαν ως οξείδιο του τιτανίου 50, το μείωσαν σε καθαρό τιτάνιο και στη συνέχεια το μετέτρεψαν σε δέσμη ιόντων χρησιμοποιώντας ένα ειδικό φούρνο. Κατά τη διάρκεια 22 ημερών, η δέσμη ακτινοβόλησε μια λεπτή μεμβράνη πλουτωνίου και πυροδότησε τις πυρηνικές αντιδράσεις που δημιούργησαν το στοιχείο 116, λιβερμόριο. Οι ερευνητές έμειναν ικανοποιημένοι με το πόσο καλά διατηρήθηκε η δέσμη και με την απόδοσή της.
Η δέσμη τιτανίου 50 αποτελεί απόδειξη της έννοιας μετά από μια περίοδο εντατικής έρευνας και πειραμάτων. Αν η χημεία των βαρέων στοιχείων ήταν μια αθλητική ομάδα, τότε είχαν κερδίσει το παγκόσμιο πρωτάθλημα με το ασβέστιο 48, και στη συνέχεια έπρεπε να πάρουν χρόνο για ανασυγκρότηση μετά τη συνταξιοδότηση όλων. Τώρα, μια νέα γενιά «παικτών» είναι έτοιμη να αναλάβει πλήρως. Η δέσμη τιτανίου 50 έχει νέα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, και η δυναμική της είναι ακόμη καλύτερη μακροπρόθεσμα.
Μπορεί να αναρωτιέστε γιατί αυτά τα βαρέα στοιχεία αξίζουν όλη αυτή την εξερεύνηση και τον πειραματισμό. Πράγματι, δεν γνωρίζουμε ακόμη τι μπορεί να συμβεί όταν χρησιμοποιούμε τα ιδιαίτερα και παράξενα αυτά στοιχεία. Οι επιστήμονες θέλουν να το ανακαλύψουν και, αυτή η έρευνα θα μπορούσε να αποκαλύψει ιδιότητες και χρήσεις που σήμερα δεν μπορούμε ούτε να φανταστούμε – αλλά μπορούμε να φτιάξουμε μόνο λίγα άτομα κάθε φορά, τα οποία διαρκούν μόνο μερικά μικροδευτερόλεπτα πριν τα πρωτόνια εκτιναχθούν εκτός του πυρήνα. Είναι αδύνατο να γίνει περαιτέρω έρευνα.
Το Άγιο Δισκοπότηρο της χημείας
Για δεκαετίες, οι επιστήμονες προέβλεπαν την ύπαρξη μιας νησίδας σταθερότητας στον εκτεταμένο κατάλογο των στοιχείων και των ισοτόπων τους. Η συμπλήρωση των πυρήνων με πρωτόνια είναι εγγενώς ασταθής, επειδή τα πρωτόνια λειτουργούν όπως τα λάθος άκρα ενός μαγνήτη, αλλά η νησίδα σταθερότητας μπορεί να περιέχει ισότοπα που διαρκούν πολύ περισσότερο χωρίς να διασπώνται. Αυτό εξηγείται επιστημονικά, μεταξύ άλλων με θεωρίες για στρώματα σωματιδίων στον πυρήνα και «μαγικούς αριθμούς» πρωτονίων και νετρονίων που μπορεί να είναι σταθεροί σε συνδυασμό.
Αν καταφέρουμε να βρούμε σταθερά υπερβαρέα στοιχεία, οι επιστήμονες ίσως μπορέσουν να δημιουργήσουν πολύ μεγαλύτερα δείγματα που θα υποβληθούν σε πιο αναλυτικά πειράματα. Τα στοιχεία ανέκαθεν είχαν τη δυνατότητα να μας εκπλήσσουν, όπως ο υδράργυρος , ένα υγρό μέταλλο σε θερμοκρασία δωματίου, ή το βισμούθιο, που πάντα απωθεί τους μαγνήτες, και ο χαλκός, που ευθύνεται για σχεδόν ένα ολόκληρο ουράνιο τόξο φυσικών χρωμάτων.
Ποιος είναι ο υδράργυρος ή το βισμούθιο των υπερβαρέων στοιχείων; Οι επιστήμονες θα το ανακαλύψουν όταν θα έχουν αρκετά για να πειραματιστούν. Η δέσμη τιτανίου 50, ή κάτι παρόμοιο εμπνευσμένο από αυτήν, θα μπορούσε να αποκαλύψει τα επόμενα έξι στοιχεία—και ένα ή περισσότερα από αυτά θα μπορούσαν να αποτελέσουν το σταθερό Άγιο Δισκοπότηρο της χημείας.
