Metingen van botsingen tussen kleine en grote atoomkernen door RIKEN-natuurkundigen zullen de zoektocht naar nieuwe elementen informeren en kunnen leiden tot nieuwe chemie met superzware elementen.

Twee prikkelende doelen liggen bijna binnen het bereik van experimentele kernfysici. Een daarvan is om in te breken in de achtste rij van het periodiek systeem. Tot dusver, wetenschappers hebben alle elementen in de eerste zeven rijen gemaakt - van waterstof (één proton) tot oganesson (118 protonen). Dus, het synthetiseren van zwaardere elementen zal nieuwe wegen openen.

Het andere doel is om het 'eiland van stabiliteit' te lokaliseren in de zee van superzware kernen. Superzware elementen worden over het algemeen onstabieler naarmate ze meer protonen bevatten. Bijvoorbeeld, de meest stabiele isotoop van nihonium (113 protonen) heeft een halfwaardetijd van bijna acht seconden, terwijl die van oganesson slechts 0,7 milliseconde is. Maar theoretici denken dat deze trend zal veranderen voor kernen die net voorbij oganesson liggen. Ze vermoeden dat er een bijzonder stabiele kern bestaat die 'dubbel magisch, " met magische getallen van zowel protonen als neutronen. Langlevende superzware elementen zullen een nieuw type chemie openen, wat meer langdurige reacties met zich meebrengt.

Om deze doelen te realiseren, experimentatoren moeten bepalen hoe ze hun kansen op het produceren van superzware kernen kunnen maximaliseren, aangezien het meer dan drie maanden duurt om een ​​enkel atoom te synthetiseren. Om dit te doen, ze moeten de afstotende kracht kennen die twee kernen ervaren wanneer ze elkaar naderen vanwege de aantrekkingskracht van het nucleaire potentieel.

Nutsvoorzieningen, Taiki Tanaka van het RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science en medewerkers hebben deze afstoting gemeten door kleine kernen (neon, magnesium en calcium) bij grote (curium en uranium) en meten hoe ze zich verspreiden.

Ze ontdekten dat de afstotende barrière vooral wordt beïnvloed door de vervorming van de grotere kern, die de vorm heeft van een rugbybal. Vergelijking met de excitatiefuncties voor het produceren van bekende superzware elementen suggereert dat het afvuren van de kleinere kern zodanig dat deze de zijkant van de vervormde grotere kern nadert, de meest effectieve strategie zal zijn voor het produceren van nieuwe superzware kernen.

Als deze trend geldt voor zwaardere kernen, dan kan de optimale energie van de kleinere kern worden bepaald door alleen de afstotende barrière van de grotere kern te meten, wat maar een dag duurt. "Van deze systematische studie, we hebben een nieuwe methode voorgesteld om de optimale invallende energie te schatten om een ​​nieuw element te synthetiseren, ' zegt Tanaka.

Het team is van plan deze kennis te gebruiken om nieuwe superzware elementen te maken. "Op korte termijn, we zullen proberen nieuwe elementen te maken zoals elementen 119 of 120, " legt Tanaka uit. "Over een decennium of twee, we willen het eiland van stabiliteit bereiken, maar we weten niet zeker waar het is."