L'esplorazione degli elementi superpesanti rappresenta una delle frontiere più impegnative della moderna scienza nucleare.
Attualmente l'elemento naturale più pesante conosciuto è l'uranio, con 92 protoni, ma gli scienziati ne hanno già sintetizzati altri ancora più densi, come l'oganesson, con 118 protoni. Questi elementi, che comprendono anche il fegatomorio (116 protoni) e la tennessina (117 protoni), hanno un'emivita molto breve, generalmente inferiore a un secondo.
Ciò rende complessa la loro produzione e rilevazione, che richiedono potenti acceleratori di particelle e sofisticati metodi di misurazione. Ma anche le tecniche più avanzate iniziano a mostrare dei limiti, rendendo necessari nuovi approcci.
La produzione dei tipici elementi superpesanti si è basata sulla fusione calda, in cui i nuclei di calcio-48 (48Ca), un isotopo con numeri “magici” di protoni e neutroni che garantiscono un’elevata stabilità, vengono utilizzati per bombardare bersagli di elementi attinidi tra 89 e 103 protoni.
Questi bombardamenti di nuclei stabili di 48Ca hanno generato importanti progressi, portando alla scoperta di elementi superpesanti fino a oganesson. Tuttavia, nel tentativo di raggiungere elementi oltre i 118 protoni, gli scienziati si trovano ad affrontare grandi difficoltà: il processo è diventato sempre più lento, rendendo l’obiettivo quasi impraticabile.
Con l'obiettivo di superare questa barriera, un team del Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha proposto una nuova tecnica che utilizza fasci di isotopi più pesanti. L'idea, recentemente pubblicata sulla rivista Lettere di revisione fisicaesplora nuclei alternativi al 48Ca, come il titanio-50 (50Ti), per bombardare obiettivi di plutonio.
“Isola di stabilità”: vita più lunga per gli elementi superpesanti
Questo metodo si distingue per aprire strade prima inesplorate nella produzione di elementi ad elevata stabilità. La tecnica mira a raggiungere una regione conosciuta come “l’isola della stabilità”, dove si prevede che gli elementi superpesanti abbiano un’emivita più lunga. Si stima che l'isola di stabilità si verifichi per isotopi vicini a Z = 112, dove la maggiore stabilità dei nuclei consentirebbe esperimenti più lunghi e accurati.
Per testare questo nuovo approccio, LBNL ha condotto un esperimento di 22 giorni sul suo acceleratore da 88 pollici. In esso, un fascio di 50 Ti, ad una velocità di 6 trilioni di ioni al secondo, è stato diretto verso un bersaglio di plutonio-244. L'impatto ha prodotto atomi di 290-livermorio, confermati attraverso due diverse catene di decadimento nucleare.
Secondo il team, guidato dallo scienziato JM Gates, questa è stata la prima volta che un elemento superpesante vicino all'isola di stabilità è stato prodotto con un raggio alternativo al 48Ca.
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I tentativi precedenti sono falliti
Sebbene l’efficienza sia stata inferiore rispetto alle tecniche tradizionali, il successo dell’esperimento rappresenta un passo importante verso la produzione di elementi ancora più pesanti.
Tentativi di creare elementi con numeri atomici 119 e 120 sono stati effettuati utilizzando varie tecniche, ma senza successo. Gli esperimenti precedenti si sono scontrati con la mancanza di dati precisi sull'energia richiesta e sulla probabilità dell'interazione nucleare, nota come sezione trasversale. I modelli teorici offrono previsioni, ma queste variano a seconda della configurazione di ciascun esperimento e dell’energia coinvolta.
La scoperta di LBNL rappresenta un progresso significativo. Convalidando l'uso di un fascio diverso dal calcio-48, il team ha aperto la porta a nuove possibilità di sintesi, compresi elementi oltre 118. Attualmente conosciamo circa 110 isotopi di elementi superpesanti, ma altri 50 potrebbero ancora esistere, e con questa nuova tecnica , ci sono reali possibilità di rivelarli.