Encuentran la ruta para crear el elemento 120, el ¡®Santo Grial¡¯ de la qu¨ªmica
La fabricaci¨®n de dos ¨¢tomos del elemento 116 hace que sea factible la fabricaci¨®n de un nuevo elemento a partir de 2025.
El grupo internacional de investigadores dirigido por el Grupo de Elementos Pesados del Laboratorio Berkeley ha anunciado el descubrimiento del elemento superpesado 116 utilizando una viga de titanio, un avance que es un paso clave para crear el elemento 120. El resultado se present¨® en la conferencia Nuclear Structure 2024. ¡°Esta reacci¨®n nunca se hab¨ªa demostrado antes, y era esencial demostrar que era posible antes de embarcarnos en nuestro intento de crear 120¡å, dijo Jacklyn Gates, cient¨ªfica nuclear del Laboratorio Berkeley que lidera el proyecto.
La fabricaci¨®n del elemento 116, clave en la investigaci¨®n
El proceso se llev¨® a cabo mediante la fabricaci¨®n de dos ¨¢tomos del elemento 116, livermorio, durante 22 d¨ªas de operaciones en el acelerador de iones pesados del laboratorio, el ciclot¨®n de 88 pulgadas. Al producir el elemento 116, la fabricaci¨®n del ¨¢tomo 120 puede ser factible en unos a?os. ¡°Necesit¨¢bamos que la naturaleza fuera amable, y la naturaleza lo fue¡±, dijo Reiner Kruecken, director de la Divisi¨®n de Ciencias Nucleares del Laboratorio Berkeley.
El descubrimiento del elemento 120, en caso de que se produjese, se ubicar¨ªa en la octava fila de la tabla peri¨®dica, en el grupo de elementos superpesados con propiedades ¨²nicas. A pesar de que los elementos superpesados descubiertos hasta ahora se desintegran casi al instante, una combinaci¨®n correcta podr¨ªa crear un n¨²cleo m¨¢s estable que sobreviva en el tiempo.
Si bien los elementos superpesados descubiertos hasta ahora se desintegran casi instant¨¢neamente, la combinaci¨®n correcta de protones y neutrones podr¨ªa crear un n¨²cleo m¨¢s estable que sobreviva durante m¨¢s tiempo, lo que ofrecer¨ªa a los investigadores una mejor oportunidad de estudiarlo. Explorar los elementos en los extremos puede proporcionar informaci¨®n sobre c¨®mo se comportan los ¨¢tomos, probar modelos de f¨ªsica nuclear y trazar los l¨ªmites de los n¨²cleos at¨®micos.
La fusi¨®n de dos ¨¢tomos es una tarea muy dif¨ªcil
No obstante, en la pr¨¢ctica, pueden necesitarse billones de interacciones antes de que dos ¨¢tomos se fusionen con ¨¦xito, y existen limitaciones sobre qu¨¦ elementos pueden convertirse razonablemente en un haz de part¨ªculas o en un objetivo. Los investigadores seleccionan is¨®topos espec¨ªficos, variantes de elementos que tienen el mismo n¨²mero de protones, pero un n¨²mero diferente de neutrones, para su haz y objetivo. El objetivo m¨¢s pesado es un is¨®topo llamado californio-249, que tiene 98 protones.
Hasta el momento, los elementos 114 a 118 solo se hab¨ªan creado con un haz de calcio-48, que tiene una configuraci¨®n especial o ¡°m¨¢gica¡± de neutrones y protones que lo ayuda a fusionarse con los n¨²cleos objetivo para producir elementos superpesados. ¡°Cuando intentamos crear estos elementos incre¨ªblemente raros, nos encontramos en el l¨ªmite absoluto del conocimiento y la comprensi¨®n humanos, y no hay garant¨ªa de que la f¨ªsica funcione de la manera que esperamos¡±, dijo en un comunicado Jennifer Pore, cient¨ªfica del Grupo de Elementos Pesados del Laboratorio Berkeley.
Generar un haz de is¨®topos de titanio lo suficientemente intenso no es una tarea f¨¢cil. El proceso comienza con un trozo especial de titanio-50, un is¨®topo raro del titanio que constituye aproximadamente el 5% de todo el titanio del suelo. Ese trozo de metal se introduce en un horno del tama?o aproximado de una falange del dedo me?ique. El horno calienta el metal hasta que comienza a vaporizarse, como el gas que sale del hielo seco, a casi 3.000 grados Fahrenheit.
C¨®mo se lleva a cabo este proceso
Todo esto ocurre en una fuente de iones llamada VENUS, un im¨¢n superconductor que act¨²a como una botella que encierra un plasma. Los electrones libres se mueven en espiral a trav¨¦s del plasma, adquiriendo energ¨ªa al ser bombardeados por microondas y arrancando 12 de los 22 electrones del titanio. Una vez cargado, el titanio puede ser manipulado por imanes y acelerado en el ciclotr¨®n de 88 pulgadas.
Cada segundo, unos 6 billones de iones de titanio impactan en el objetivo (plutonio para formar 116, californio para formar 120), que es m¨¢s delgado que una hoja de papel y gira para dispersar el calor. Los operadores del acelerador ajustan el haz para que tenga la cantidad justa de energ¨ªa. Si es muy poca, los is¨®topos no se fusionar¨¢n en un elemento pesado. Si es demasiada, el titanio har¨¢ estallar los n¨²cleos del objetivo.
Una vez formado el elemento, es separado de los restos de part¨ªculas mediantes imanes en el Separador de Gas de Berkeley (BGS). Este lo pasa a un detector de silicio sensible, que puede capturar energ¨ªa, ubicaci¨®n y tiempo, informaci¨®n que permite a los investigadores identificar el elemento pesado a medida que se desintegra en part¨ªculas m¨¢s ligeras.
En la b¨²squeda de lograr el elemento 120
Los expertos contin¨²an trabajando para preparar la m¨¢quina para un objetivo hecho de californio-249, y los socios del Laboratorio Nacional de Oak Ridge necesitar¨¢n fabricar alrededor de 45 miligramos de californio en el objetivo. ¡°Hemos demostrado que tenemos una instalaci¨®n capaz de llevar a cabo este proyecto y que la f¨ªsica parece hacerlo factible¡±, dijo Kruecken. Aunque es pronto para determinarlo, se espera que en 2025 comience el proceso de la b¨²squeda del 120.
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