Вчені з Берківської лабораторії зробили значний крок у синтезі суперважких елементів, створивши елемент 116 за допомогою нового методу, що наближує їх до створення елемента 120 – гіпотетичного елемента, що може бути стабільнішим за інші. Цей прорив може в майбутньому розширити наші знання про основні складові матерії.
Елементи визначаються кількістю протонів у ядрі: водень має один протон, гелій – два, а уран – 92. Кількість нейтронів може варіюватися, і для стабільності різних елементів потрібна різна кількість нейтронів. Хоча уран є найважчим природним елементом, відомим людству, вчені вже синтезували важчі елементи в лабораторії.
“Виробництво суперважких елементів (СВЕ) та дослідження їхніх ядерних властивостей є важливою межею сучасної ядерної фізики, що розширює наші знання про фундаментальні складові матерії,” – пояснює команда Берківської лабораторії у своєму новому дослідженні.
Елементи стають менш стабільними зі збільшенням їхньої маси. Наприклад, елемент 115, москвій, має період напіврозпаду лише 220 мілісекунд у формі москвію-289, розпадаючись до того, як вчені встигають його дослідити. Найважчий елемент, створений вченими – елемент 118, оганесон, вперше отриманий у 2002 році – має період напіврозпаду менш ніж мілісекунду.
Незважаючи на це, вчені прагнуть створити важчі елементи, оскільки існує передбачений «острів стабільності», де елементи можуть бути значно стабільнішими.
У новому дослідженні команда намагалася створити елемент 116, використовуючи інший метод. Зазвичай важчі елементи між 114 і 118 створюються шляхом бомбардування ядер мішені пучком кальцію-48. Натомість команда використала титан-50, незважаючи на невизначеність щодо його можливості створення важчих елементів.
Процес був складним: потрібно було випарувати титан-50 у маленькій печі, використовуючи складний надпровідний магніт та вільні електрони, які бомбардувалися мікрохвилями для збільшення їхньої енергії, щоб відбити 12 з 22 електронів титану. Потім цей титан прискорювався магнітами та використовувався для бомбардування плутонію з метою створення елемента 116. Близько 6 трильйонів іонів титану щосекунди вражали мішень, перш ніж елемент відділявся від уламків магнітами.
“Ми дуже впевнені, що бачимо елемент 116 та його дочірні частинки,” – зазначила ядерний науковець Берківської лабораторії Джеклін Гейтс у заяві, маючи на увазі елементи, в які розпадається елемент 116. “Є близько 1 з 1 трильйона шансів, що це статистична помилка.”
Тепер, коли елемент 116 синтезовано цим новаторським методом, команда має намір створити елемент 120.
“Це був важливий перший крок до спроби створити щось трохи простіше, ніж новий елемент, щоб побачити, як перехід від пучка кальцію до пучка титану змінює швидкість, з якою ми виробляємо ці елементи,” – додала науковець Дженніфер Пор з групи важких елементів Берківської лабораторії. “Коли ми намагаємося створити ці надзвичайно рідкісні елементи, ми стоїмо на абсолютному краю людських знань і розуміння, і немає гарантії, що фізика працюватиме так, як ми очікуємо. Створення елемента 116 з використанням титану підтверджує, що цей метод виробництва працює, і ми можемо тепер планувати нашу полювання на елемент 120.”
Елемент 120, крім того, що знаходиться вище за будь-який створений елемент, наближається до острова стабільності. Якщо вдасться його створити, він може бути достатньо стабільним для вивчення його властивостей – а можливо, і знайти йому застосування. Команда планує створити елемент 120, бомбардувавши каліфорній-249, після попереднього синтезу і налаштування свого обладнання, з надією почати роботу у 2025 році. Вони вважають, що це займе приблизно в десять разів більше часу, але оптимістично налаштовані, що це можливо.
“Ми показали, що маємо обладнання, здатне виконати цей проект, і що фізика здається здійсненною,” – сказав Крюкен. “Як тільки ми отримаємо нашу мішень, захист та інженерні контролі, ми будемо готові до цього складного експерименту.”
Дослідження опубліковано на сервері препринтів arXiv і подано до журналу Physical Review Letters.
