L’elemento 116 è stato creato con un nuovo metodo, rappresentando un passo avanti verso la sintesi dell’elemento 120, un elemento ipotetico che si presume possa far parte dell’attesa isola di stabilità, un concetto teorico che si colloca al di là dei confini attuali della tavola periodica. Gli elementi sono caratterizzati dal numero di protoni presenti nel loro nucleo: ad esempio, l’idrogeno ha un solo protone, l’elio due e l’uranio ben 92 protoni. Tuttavia, il numero di neutroni può variare, con diversi elementi che richiedono differenti quantità di neutroni per essere considerati stabili o almeno duraturi nel tempo. Questa variazione porta alla formazione di isotopi, ovvero diverse versioni dello stesso elemento.
Pur essendo l’uranio l’elemento naturalmente più pesante conosciuto, gli scienziati sono riusciti a sintetizzare elementi ancora più pesanti in laboratorio. La produzione di SuperHeavy Elements (SHE) e lo studio delle loro proprietà nucleari rappresentano una frontiera cruciale nella fisica nucleare contemporanea, spingendo i limiti della nostra comprensione dei costituenti fondamentali della materia, come spiegato dal team del Berkeley Lab nel loro recente articolo.
Sebbene non vi sia una relazione lineare, generalmente gli elementi diventano meno stabili man mano che aumenta il loro peso atomico. Ad esempio, l’elemento 115, il moscovio, ha un’emivita di soli 220 millisecondi nella forma di moscovio-289, decadendo rapidamente prima che gli scienziati possano condurre approfonditi studi su di esso. L’elemento più pesante mai creato in laboratorio, l’elemento 118, l’oganesson, ottenuto per la prima volta nel 2002, ha un’emivita inferiore a un millisecondo.
Allora, ci si potrebbe chiedere: perché continuare a sintetizzare elementi sempre più pesanti se anche quelli superpesanti più stabili decadono con estrema velocità? Gli scienziati, osservando gli isotopi stabili degli elementi noti, hanno ipotizzato l’esistenza di un’isola di stabilità più in alto nella tavola periodica, contenente elementi che potrebbero non decadere così rapidamente.
Nella loro ultima ricerca, il team del Berkeley Lab ha compiuto un passo significativo verso la creazione dell’elemento 120, tentando di sintetizzare l’elemento 116 attraverso un innovativo approccio sperimentale. Di solito, gli elementi più pesanti tra il 114 e il 118 vengono generati bombardando nuclei bersaglio con un fascio di calcio-48. Tuttavia, in questo caso, il team ha utilizzato il titanio-50, nonostante le incertezze sulla sua idoneità per la creazione di elementi più pesanti.
Il processo è stato estremamente complesso, richiedendo la vaporizzazione del titanio-50 in un piccolo forno, seguita dall’utilizzo di un sofisticato magnete superconduttore per bombardare gli elettroni liberi con microonde al fine di aumentarne l’energia e rimuovere 12 dei 22 elettroni del titanio. Successivamente, gli ioni risultanti sono stati manovrati, accelerati tramite magneti e utilizzati per bombardare il plutonio al fine di creare l’elemento 116. Circa 6 trilioni di ioni di titanio colpiscono il bersaglio ogni secondo, prima che l’elemento venga separato dai detriti mediante l’uso di magneti.
“Siamo estremamente sicuri di aver osservato l’elemento 116 e i suoi decadimenti”, ha dichiarato Jacklyn Gates, una scienziata nucleare del Berkeley Lab. “La probabilità che ciò sia un caso statistico è stimata essere di circa una su un trilione.” Con la sintesi riuscita dell’elemento 116 utilizzando questo innovativo metodo, il team ora si concentra sulla creazione dell’elemento 120.
Questo rappresenta un importante primo passo nel processo, poiché consente di valutare come il passaggio da un fascio di calcio a un fascio di titanio influenzi la produzione di questi elementi. Jennifer Pore, una scienziata del Gruppo degli Elementi Pesanti del Berkeley Lab, ha sottolineato: “Quando ci impegniamo nella creazione di questi elementi estremamente rari, ci troviamo ai margini estremi della conoscenza e della comprensione umana, senza alcuna garanzia che la fisica si comporti come ci aspettiamo.”
Il team si prepara ora a tentare la sintesi dell’elemento 120 bombardando il californio-249, dopo aver apportato le necessarie modifiche alle attrezzature. Si prevede che il lavoro possa iniziare nel 2025, e sebbene si stimi che potrebbe richiedere circa dieci volte più tempo rispetto alla sintesi dell’elemento 116, i ricercatori sono ottimisti sulla fattibilità del progetto.
“Abbiamo dimostrato di avere la struttura e le competenze necessarie per portare avanti questo ambizioso progetto, e sembra che la fisica lo renda fattibile”, ha affermato Kruecken. “Una volta che avremo il nostro bersaglio, lo schermo e i controlli ingegneristici in atto, saremo pronti ad affrontare questa impegnativa sperimentazione.” Lo studio è stato pubblicato sul server di pre-stampa arXiv ed è stato sottoposto alla rivista Physical Review Letters.
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