Wetenschap
De limiet van het periodiek systeem verleggen met superzware elementen
Wetenschappers van Massey University in Nieuw-Zeeland, de Universiteit van Mainz in Duitsland, de Sorbonne Universiteit in Frankrijk en de Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) bespreken de limiet van het periodiek systeem en herzien het concept van het ‘eiland van stabiliteit’ met recente vooruitgang in het onderzoek naar superzware elementen. Hun werk verscheen voor het eerst in Nature Reviews Physics .
Als aanvulling op de Natuurbeoordelingen Natuurkunde functie, Natuurkundige rapporten heeft een recensie gepubliceerd over de atomaire elektronische structuurtheorie voor superzware elementen.
Wat is de zwaarst gebonden kern en het zwaarst gebonden atoom en wat zijn hun eigenschappen? De kernen van chemische elementen met meer dan 103 protonen worden als 'superzwaar' bestempeld. Ze maken deel uit van een enorm onbekend gebied van deze kernen dat wetenschappers proberen bloot te leggen. Het verkennen van dit onbekende terrein biedt perspectieven op ontdekkingen die de brede gebieden van de wetenschap met elkaar verbinden.
Er worden nieuwe experimentele faciliteiten gebouwd om wetenschappers te helpen de eigenschappen van atomen en hun kernen bloot te leggen in een regime van zeer grote aantallen elektronen, protonen en neutronen. De faciliteiten zullen nieuwe elementen en nucliden creëren op de grenzen van atoomnummer en massa. De productiesnelheid van superzware kernen is buitengewoon laag.
De fysische en chemische gegevens die uit deze experimenten zijn verkregen, hebben afwijkingen van lichtere elementen en isotopen aangegeven. Hierdoor kunnen wetenschappers zich afvragen hoeveel verder de grenzen van het Periodiek Systeem der Elementen en de Grafiek van de Nucliden kunnen worden uitgebreid. Het beoordelen van het bestaan van het ‘schiereiland van uitgebreide stabiliteit’, waar superzware kernen een levensduur kunnen hebben die verder gaat dan de zeer korte levensduur die tot nu toe is ontdekt, is ook een wetenschappelijk doel.
Bovendien concentreert de vooruitgang van de atomaire structuurtheorie zich op superzware elementen en hun voorspelde elektronische grondtoestandconfiguraties, die belangrijk zijn voor de plaatsing van een element in het periodiek systeem.
"Vanwege de aanwezigheid van enorme elektrostatische krachten bewegen elektronen in superzware atomen met snelheden die dicht bij de lichtsnelheid liggen", zegt een van de auteurs van het artikel, Witek Nazarewicz, John A. Hannah Distinguished Professor of Physics en hoofdwetenschapper bij FRIB. "Ook geven zeer sterke Coulomb-krachten in superzware kernen aanleiding tot nieuwe effecten. Dit is een nieuw spel voor de atomaire en nucleaire theorie."
Bij FRIB zullen wetenschappers manieren bestuderen om superzware kernen te bereiken die zich dichter bij de regio met verhoogde stabiliteit bevinden. Veel superzware kernen kunnen momenteel niet worden gemeten, dus informatie daarover moet afkomstig zijn van theoretische extrapolaties. Kerntheoretici bij FRIB voeren voorspellingen uit voor superzware kernen met behulp van geavanceerde modellen, ondersteund door high-performance computing en machinaal leren.
Het bestuderen van het Periodiek Systeem der Elementen en het nucleaire landschap in de superzware regio zal nieuwe ideeën en methoden opleveren die van invloed zullen zijn op de kern- en atoomfysica, astrofysica en scheikunde.