Wszystkie ciężkie pierwiastki jak żelazo zostały uformowane w supernowych. Supernowe są to gigantyczne gwiezdne eksplozje, które uwalniają ogromne ilości energii. W porównaniu, energia słońca jest tak niska, że może tworzyć tylko lekkie pierwiastki. Tej jesieni, dwa międzynarodowe zespoły naukowców współzawodniczą w uzyskaniu najcięższego pierwiastka we wszechświecie w warunkach laboratoryjnych. Super-ciężkie pierwiastki to te z liczbą atomową powyżej 104. Liczba ta określa ilość protonów w jądrze atomu. Kilka lat temu naukowcom udało się stworzyć pierwiastek o liczbie atomowej 118. Teraz czas na próby pieriwstków 119 i 120.

Jon Petter Omtvedt, profesor chemii nuklearnej z Uniwersytetu w Oslo jest członkiem jednego z zespołów. Badał on super-ciężkie pierwiastki przez 20 lat. Pracując wspólnie z naukowcami z kilku krajów zachodniej Europy, a także Japonii i USA, ma on nadzieję na wygraną w tym prestiżowym konkursie. Eksperyment jest przeprowadzany w niemieckim GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, który jest ogromnym ośrodkiem jak ośrodek badania Wielkiego Wybuchu CERN. Współzawodniczący zespół składa się z rosyjskich i amerykańskich naukowców pracujących w Połączonym Instytucie Badań Nuklearnych w Dubnie (Rosja). Oba zespoły pragną wygrać i nie jest jeszcze oczywiste, który z nich wyłoni się jako zwycięzca.

“Konkurencja jest ostra. Super-ciężkie pierwiastki są wysoko niestabilne i bardzo trudne w uzyskaniu. To jak odnajdywanie czegoś nieznanego w przestrzeni kosmicznej. Pracujemy w samej czołówce możliwości jakie może dać ten eksperyment. W celu pracowania nad cięższymi pierwistkami, musimy wytężyć obecną technologie do kresu jej możliwości, a nawet nieco dalej”, mówi Omtvedt. Jakkolwiek jest to wystarczające, aby stworzyć pojedyńczy atom nowego pierwiastka, to jest niewystarczające, aby skonstruować naukowy dowód. “Nikt nie będzie w stanie go rozpoznać, dopóki laboratorium nie uda się powtarzać eksperymentu. W najgorszym przypadku, może to zająć kilka dekad, zanim eksperyment zostanie zweryfikowany”, powiedział Omtvedt dla magazynu badawczego Apollon przy Uniwersytecie w Oslo.

Naukowcy w tym momencie zajęci są próbami stworzenia pierwszego atomu pierwiastka 120. Czas produkcji super-ciężkich pierwiastków wydłuża się bardziej, im bardziej są one ciężkie. Kiedy naukowcy odkryli piewiastek 106, byli w stanie stworzyć jeden atom w ciągu godziny. Współtrwanie, na przykład przyblizony czas trwania atomu był 20 sekund. Oznacza to, że substancja rozpada się na inne, lżejsze elementy w czasie dwudziestu sekund. Podczas poszukiwań pierwiastka 118, udało sie stworzyć jeden atom w ciągu miesiąca. Jednak w tym wypadku jego trwanie spadło zaledwie do 1.8 milisekundy. “Jest bardzo określona możliwość, że będzie jeszcze trudniej stworzyć cięższe atomy. Co więcej, musimy być przygotowani na ich ultra-krótki żywot”.

Wyścig, aby stworzyć pierwiastek 119 rozpoczął się 2 tygodnie temu, kiedy ośrodek fizyki jądrowej Oak Ridge Laboratory w USA wyprodukował 20mg ekstremalnie radioaktywnej substancji zwanej berkel (łac. berkelium) ? sztuczny pierwiastek chemiczny, aktynowiec. Berkel musi być tworzony w sztucznych warunkach z wykorzystaniem specjalnych reaktorów nuklearnych. Jest cięższy od uranu i bardzo trudny do uzyskania w czystym stężeniu. Każdy z zespołów otrzymał po 10 mg substancji. W celu stworzenia pierwiastka 119, zespoły zdecydowały się metalową płytkę splecioną z atomami berkelu, zbombardować atomami tytana. Berkel – jako łatwo psująca się substancja – musi zostać użyty szybko, zanim się rozpadnie. Berkel rozpada się w ciągu 320 dni.

Celem jest nakłonienie atomów tytana na fuzję z atomami berkelu. Tytan ma liczbę atomową 22, berkel 97, co w sumie dało by atomy zawierające 119 protonów – czyli dokładną liczbę atomową pierwiastka 119. “Jest niezwykle trudno stworzyć intensywne promienie tytana. Musieliśmy zastosować nasze sekrety, aby to uzyskać, którymi nie podzielimy się z innymi. Będziemy bombardować płytkę z promieniem zawierającym pięć trylionów atomów tytana na sekundę. To jak bombardowanie płytki kulami bilardowymi, jednak prowdopodobieństwo bezpośredniego trafienia jest bardzo niskie. Kiedy atomy kolidują ze sobą podczas rzadki okazji, są zwyczaj tylko rozbite lub częściowo zniszczone podczas kolizji. Nie mniej, w okresie krótszym niż miesiąc otrzymamy kompletny atom. Jednak prawodobieństwo zrobienia tego jest mniejsze niż wygrana na loterii. Prawdziwy problem pojawia się, kiedy musisz odnaleźć ten jeden atom na metalowej płytce, gdzie masz ponad 100,000 niepotrzebnych zdarzeń pojawiających się w ciągu każdej sekundy”.

Jedynym sposobem, aby go odnaleźć jest pomiar promieniowania radioaktywnego w momencie kiedy atom się rozpada. “Oznacza to, że nie możemy namierzyć atomu przez pomiary, dopóki go już nie będzie. Nie wcześniej!”. Najpewniejszym sposobem aby zlokalizować atom jest przebadania wszystkich jego “córek”, kiedy już się rozpadnie. Taki łańcuch rozszczepienia może mieć od pięciu do ośmiu kroków. Naukowcy mogą być całkowicie pewni, że odkryli nowy pierwiastek, kiedy rakcja łańcuchowa przebiegnie w określony sposób. Nie jest łatwo wykryć atomy z tak krótkim okresem współtrwania. Obecne czujniki potrzebują pewnej ilości czasu, aby “przetrawić” każde wydarzenie. Oznacza to, że nie będą one natychmiastowo gotowe, aby badać i wykrywać następne. Z tego powodu, zespół naukowców stworzył nawet szybsze detektory. “Są one w stanie zmierzyć nawet ultra-krótkie współtrwania”.

Naukowcy chcą również dowiedzieć się z czego pierwiastek jest złożony i dlaczego niektóre z nich są niestabilne. “Super-ciężkie pierwiastki są bardzo duże i mogą się z łatwością rozpadać. Jądro atomowe zawiera protony i neutrony. Im większa liczba atomową, tym trudniej jest zmusić razem protony i neuotrony, aby utrzymały jądro razem. “Nie wystarcza fakt, że neutrony i protony będą w tym samym miejscu jednocześnie. Muszą przetrwać ze sobą przynajmniej kilka ułamków mikrosekund w celu bycia scharakteryzowane jako jądro atomowe. jedno z najbardziej ekscytujących pytań dotyczy dowiedzenia się, jak ciężkie pierwiastki są w ogole zdolne do tworzenia. Nawet wówczas kiedy jest to ekstremalną trudnością uzyskać pierwiastki 119 i 120, to nie wydaje mi się, aby znalazły sie one w końcu na tablicy okresowej pierwiastków”, zakończył Jon Petter Odtvedt.

Źródło: Wired