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Compreender e criar elementos superpesados – aqueles com números atômicos superiores ao do urânio (que tem número atômico 92) – tem intrigado os cientistas há décadas. Embora o urânio seja o elemento mais pesado encontrado em abundância na Terra, os pesquisadores já sintetizaram elementos até oganesson, cujo número atômico é 118.
Agora, um novo estudo realizado por uma equipe do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (LBNL) apresenta um novo método que poderia permitir uma exploração mais aprofundada desses elementos pesados e indescritíveis. Seus resultados foram publicados em Cartas de revisão física.
O que são elementos superpesados?
Elementos superpesados, normalmente aqueles com números atômicos acima de 100, não ocorrem naturalmente em quantidades significativas na Terra devido ao seu curto meias-vidasque geralmente variam de meros segundos a microssegundos. A meia-vida de um elemento superpesado é o tempo que leva para metade de seus átomos decair em outros elementos ou isótopos, muitas vezes liberando partículas e energia. Esta é uma medida crucial porque os elementos superpesados tendem a decair rapidamente, o que limita o tempo que os cientistas têm para estudar as suas propriedades.
A produção desses elementos requer ambientes de alta energia e poderosos aceleradores de partículas. A criação e estudo de elementos superpesados como fígado (cujo número atômico é 116) e tennessina (cujo número atómico é 117) não só expandiram o nosso conhecimento da tabela periódica, mas também aproximaram os cientistas da descoberta de uma região teorizada como a “ilha da estabilidade”.
O que é a Ilha da Estabilidade?
O “ilha de estabilidade”é uma área hipotética no Gráfico Segredo de nuclídeos, onde elementos superpesados com configurações específicas de prótons e nêutrons podem exibir meias-vidas mais longas do que elementos próximos. Os elementos dentro desta ilha seriam estáveis o suficiente para os cientistas estudarem com mais detalhes, levando potencialmente a novas aplicações na física nuclear e na ciência dos materiais.
“Hoje, o conceito de uma ‘ilha de estabilidade’ continua a ser um tema intrigante, com a sua posição e extensão exactas no Gráfico Segredo continuando a ser um assunto de busca ativa tanto na física nuclear teórica quanto experimental”, escreveram JM Gates do LBNL e colegas em seu artigo.
Acredita-se que esta região inclua isótopos próximos ao número atômico 112, onde configurações específicas podem aumentar a estabilidade nuclear. Esta possibilidade tentadora levou os investigadores a desenvolver novos métodos para abordar e explorar esta ilha.
Abordagens Tradicionais: Os Limites do 48-Cálcio
Historicamente, os cientistas criaram elementos superpesados bombardeando alvos actinídeos (elementos 89-103) com cálcio-48 (48Ca), um isótopo notável pelo seu “número mágico” de prótons (20) e nêutrons (28), o que lhe confere maior estabilidade. A reação de “fusão a quente” entre os alvos actinídeos e o cálcio-48 produziu elementos superpesados até o oganesson. No entanto, à medida que o número de elementos aumenta, a probabilidade de reações bem-sucedidas diminui drasticamente, exigindo tempos de execução cada vez mais longos, às vezes semanas, para sintetizar até mesmo um único átomo. Essas limitações levaram os pesquisadores a buscar métodos alternativos.
“É necessária uma nova abordagem de reação”, escreveram Gates e sua equipe em seu artigo.
Uma nova abordagem: usando titânio
Para ir além das limitações do cálcio-48, a equipe do LBNL desenvolveu uma abordagem inovadora usando titânio-50 (50Ti) em vez disso. O titânio-50 tem um pouco mais de massa que o cálcio-48 e oferece uma configuração diferente de prótons e nêutrons. A equipe direcionou um feixe de titânio de alta energia contra um alvo de plutônio-244 em um experimento usando o acelerador Cyclotron de 88 polegadas no LBNL. Ao longo de 22 dias, a equipe conseguiu isso novo método primeira síntese bem-sucedida do elemento superpesado hepática.
“Esta é a primeira produção relatada de um SHE [superheavy element] perto da ilha de estabilidade prevista com um feixe diferente de cálcio 48”, escreveram os pesquisadores em seu artigo.
Embora o estudo marque um avanço significativo, muitas questões permanecem. Por exemplo, os requisitos exatos de energia do feixe e parâmetros nucleares específicos ainda estão sob investigação. Os modelos teóricos, embora úteis, precisam de mais refinamento para prever condições precisas para a criação de elementos com números atômicos além de Oganesson.
A disponibilidade de alvos adequados de actinídeos também limita os esforços atuais. O einsteinio e o férmio, por exemplo, são alvos potenciais, mas é difícil produzi-los em quantidades suficientes.
No futuro, a equipe de pesquisa pretende refinar ainda mais suas técnicas, na esperança de expandir a gama de isótopos disponíveis para estudos futuros.
Kenna Hughes-Castleberry é comunicadora científica da JILA (um instituto de pesquisa em física líder mundial) e redatora científica do The Debrief. Siga e conecte-se com ela no X ou entre em contato com ela por e-mail em kenna@thedebrief.org
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