Encuentran la ruta para crear el elemento 120, el ‘Santo Grial’ de la química

El grupo internacional de investigadores dirigido por el Grupo de Elementos Pesados del Laboratorio Berkeley ha anunciado el descubrimiento del elemento superpesado 116 utilizando una viga de titanio, un avance que es un paso clave para crear el elemento 120. El resultado se presentó en la conferencia Nuclear Structure 2024. “Esta reacción nunca se había demostrado antes, y era esencial demostrar que era posible antes de embarcarnos en nuestro intento de crear 120″, dijo Jacklyn Gates, científica nuclear del Laboratorio Berkeley que lidera el proyecto.

La fabricación del elemento 116, clave en la investigación

El proceso se llevó a cabo mediante la fabricación de dos átomos del elemento 116, livermorio, durante 22 días de operaciones en el acelerador de iones pesados del laboratorio, el ciclotón de 88 pulgadas. Al producir el elemento 116, la fabricación del átomo 120 puede ser factible en unos años. “Necesitábamos que la naturaleza fuera amable, y la naturaleza lo fue”, dijo Reiner Kruecken, director de la División de Ciencias Nucleares del Laboratorio Berkeley.

El descubrimiento del elemento 120, en caso de que se produjese, se ubicaría en la octava fila de la tabla periódica, en el grupo de elementos superpesados con propiedades únicas. A pesar de que los elementos superpesados descubiertos hasta ahora se desintegran casi al instante, una combinación correcta podría crear un núcleo más estable que sobreviva en el tiempo.

Si bien los elementos superpesados descubiertos hasta ahora se desintegran casi instantáneamente, la combinación correcta de protones y neutrones podría crear un núcleo más estable que sobreviva durante más tiempo, lo que ofrecería a los investigadores una mejor oportunidad de estudiarlo. Explorar los elementos en los extremos puede proporcionar información sobre cómo se comportan los átomos, probar modelos de física nuclear y trazar los límites de los núcleos atómicos.

La fusión de dos átomos es una tarea muy difícil

No obstante, en la práctica, pueden necesitarse billones de interacciones antes de que dos átomos se fusionen con éxito, y existen limitaciones sobre qué elementos pueden convertirse razonablemente en un haz de partículas o en un objetivo. Los investigadores seleccionan isótopos específicos, variantes de elementos que tienen el mismo número de protones, pero un número diferente de neutrones, para su haz y objetivo. El objetivo más pesado es un isótopo llamado californio-249, que tiene 98 protones.

Hasta el momento, los elementos 114 a 118 solo se habían creado con un haz de calcio-48, que tiene una configuración especial o “mágica” de neutrones y protones que lo ayuda a fusionarse con los núcleos objetivo para producir elementos superpesados. “Cuando intentamos crear estos elementos increíblemente raros, nos encontramos en el límite absoluto del conocimiento y la comprensión humanos, y no hay garantía de que la física funcione de la manera que esperamos”, dijo en un comunicado Jennifer Pore, científica del Grupo de Elementos Pesados del Laboratorio Berkeley.

Generar un haz de isótopos de titanio lo suficientemente intenso no es una tarea fácil. El proceso comienza con un trozo especial de titanio-50, un isótopo raro del titanio que constituye aproximadamente el 5% de todo el titanio del suelo. Ese trozo de metal se introduce en un horno del tamaño aproximado de una falange del dedo meñique. El horno calienta el metal hasta que comienza a vaporizarse, como el gas que sale del hielo seco, a casi 3.000 grados Fahrenheit.

Cómo se lleva a cabo este proceso

Todo esto ocurre en una fuente de iones llamada VENUS, un imán superconductor que actúa como una botella que encierra un plasma. Los electrones libres se mueven en espiral a través del plasma, adquiriendo energía al ser bombardeados por microondas y arrancando 12 de los 22 electrones del titanio. Una vez cargado, el titanio puede ser manipulado por imanes y acelerado en el ciclotrón de 88 pulgadas.

Cada segundo, unos 6 billones de iones de titanio impactan en el objetivo (plutonio para formar 116, californio para formar 120), que es más delgado que una hoja de papel y gira para dispersar el calor. Los operadores del acelerador ajustan el haz para que tenga la cantidad justa de energía. Si es muy poca, los isótopos no se fusionarán en un elemento pesado. Si es demasiada, el titanio hará estallar los núcleos del objetivo.

Una vez formado el elemento, es separado de los restos de partículas mediantes imanes en el Separador de Gas de Berkeley (BGS). Este lo pasa a un detector de silicio sensible, que puede capturar energía, ubicación y tiempo, información que permite a los investigadores identificar el elemento pesado a medida que se desintegra en partículas más ligeras.

En la búsqueda de lograr el elemento 120

Los expertos continúan trabajando para preparar la máquina para un objetivo hecho de californio-249, y los socios del Laboratorio Nacional de Oak Ridge necesitarán fabricar alrededor de 45 miligramos de californio en el objetivo. “Hemos demostrado que tenemos una instalación capaz de llevar a cabo este proyecto y que la física parece hacerlo factible”, dijo Kruecken. Aunque es pronto para determinarlo, se espera que en 2025 comience el proceso de la búsqueda del 120.

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