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Pela primeira vez na física, cientistas do Berkeley Lab conseguiram criar o elemento 116 usando um feixe de titânio, um desenvolvimento que pode definir o ritmo para a criação de elementos mais pesados, incluindo o elemento 120, há muito teorizado.
A conquista deixa os cientistas mais perto do que nunca de criar o átomo mais pesado já criado por físicos, que se acredita representar uma “ilha de estabilidade” em meio a elementos superpesados.
Com a descoberta de 16 dos 118 elementos atualmente conhecidos, a descoberta do Berkeley Lab marca um passo significativo para trazer tais elementos hipotéticos à existência.
A Caça ao Elemento 120
Formalmente conhecido como unbinilium ou Ubn, seu nome e símbolo sistemático temporário IUPAC, o elemento teorizado 120 (também conhecido pelo apelido eka-radium), se oficialmente descoberto, reivindicaria seu lugar na 8ª linha da tabela periódica. Por enquanto, acredita-se que o elemento superpesado teorizado representa um metal alcalino-terroso ou elemento do bloco s.
Elementos superpesados geralmente têm vida útil curta, pois têm núcleos grandes e muito instáveis, capazes de se despedaçar em apenas alguns segundos após sua criação. A instabilidade surge de seu tamanho, o que resulta em prótons com cargas positivas dentro dos núcleos se repelindo.
A importância da descoberta do elemento 120 envolve sua proximidade de uma teórica “ilha de estabilidade” na qual elementos superpesados são capazes de superar esses problemas de instabilidade e têm vida útil mais longa, permitindo assim aos cientistas uma oportunidade muito melhor de estudá-los.
Agora, uma equipe internacional de cientistas liderada pelo Heavy Element Group do Berkeley Lab afirma ter feito uma conquista significativa antes da criação do elemento 120: usando um feixe de titânio, eles criaram com sucesso o elemento 116 (livermorium) pela primeira vez.
O anúncio, feito na conferência Nuclear Structure 2024 e agora detalhado em um estudo recém-enviado, representa o primeiro sucesso que pesquisadores tiveram na produção do elemento 116 usando esse método.
“Essa reação nunca havia sido demonstrada antes, e era essencial provar que era possível antes de embarcar em nossa tentativa de fazer 120”, diz Jacklyn Gates, cientista nuclear do Berkeley Lab.
Ao longo de mais de três semanas, a equipe conseguiu produzir átomos do elemento 116 em duas ocasiões, com a ajuda do Cyclotron de 88 polegadas do laboratório. Significativamente, o sucesso da equipe usando esse processo significa que, teoricamente, eles também podem ser capazes de produzir o elemento 120, embora o processo levaria muito mais tempo. Ainda assim, se bem-sucedido, forneceria aos físicos uma visão sem precedentes do comportamento atômico, insights que poderiam, em última análise, levar a uma compreensão mais profunda dos modelos de física nuclear, bem como dos limites dos núcleos atômicos.
Descobertas Esmagadoras
Pesquisadores criam elementos superpesados ao esmagar elementos mais leves, um processo que é muito mais simples na teoria do que na vida real. Para que seja alcançado, o processo pode exigir até trilhões de interações para garantir a fusão bem-sucedida. Para complicar ainda mais a criação do elemento 120, há o fato de que os pesquisadores não conseguem confiar no feixe de cálcio-48 comumente utilizado que os físicos normalmente empregam neste processo, exigindo um feixe de titânio-50.
Durante sua pesquisa recente, pesquisadores de Berkeley no 88-Inch Cyclotron verificaram pela primeira vez que um feixe de titânio-50 poderia ser produzido em intensidade suficiente. Uma vez confirmado, eles empregaram o feixe especializado no processo padrão de geração do elemento 116, tornando-o o elemento mais pesado já produzido no Berkeley Lab.
À medida que os íons de titânio produzidos pelo feixe colidem com seu alvo, o Berkeley Gas-filled Separator (BGS) permite que o elemento superpesado 116 se separe dos detritos de partículas. Ele é então detectado pelo detector Super Heavy RECoil (SHREC) da instalação.
“Estamos muito confiantes de que estamos vendo o elemento 116 e suas partículas filhas”, disse Jacklyn Gates, cientista nuclear do Berkeley Lab liderando o esforço. Empregar com sucesso um feixe de titânio na criação do elemento 116 foi significativo, já que o cálcio-48 é reconhecido como um feixe “mágico”, o que significa que sua configuração única de prótons e nêutrons é propícia à sua fusão com os núcleos alvo, o que é um aspecto crucial da produção de elementos superpesados.
Jennifer Pore, cientista do Grupo de Elementos Pesados do Laboratório Berkeley, também envolvida na conquista, chamou o sucesso da equipe de “um primeiro passo importante” para, eventualmente, tirar o elemento 120 do reino da teoria e levá-lo ao ambiente de laboratório, onde os físicos podem estudá-lo.
O Limite da Compreensão
“Quando tentamos criar esses elementos incrivelmente raros, estamos no limite absoluto do conhecimento e da compreensão humana, e não há garantia de que a física funcionará da maneira que esperamos”, disse Pore em um declaração. “A criação do elemento 116 com titânio valida que esse método de produção funciona, e agora podemos planejar nossa busca pelo elemento 120.”
Os esforços contínuos da equipe para produzir elementos superpesados estão incluídos no Plano de Longo Alcance para Ciência Nuclear do Comitê Consultivo de Ciência Nuclear de 2023, embora criar um feixe de isótopos de titânio com a resistência necessária apresente vários obstáculos. Isso inclui o desafio de manter uma saída estável com um novo forno indutivo, bem como a exigência de ser capaz de gerenciar titânio em conjunto com vários gases com os quais ele pode potencialmente reagir, um fator que pode impactar a estabilidade geral do feixe.
Com a busca pelo elemento 120 efetivamente em andamento, o próximo passo será criar um alvo especial produzido a partir do califórnio-249, o que poderia equipar a equipe de pesquisa para começar o experimento já no ano que vem, embora provavelmente sejam necessários vários anos adicionais apenas para produzir alguns átomos do lendário elemento 120.
“Queremos descobrir os limites do átomo e da tabela periódica”, disse Gates, enfatizando que os elementos superpesados atualmente reconhecidos são muito efêmeros para permitir aos pesquisadores uma boa oportunidade de estudá-los.
“Não sabemos o que o futuro reserva”, disse Gates. “Talvez seja uma melhor compreensão de como o núcleo funciona, ou talvez seja algo mais.”
A equipe de Berkeley enviou um estudo descrevendo sua nova pesquisa inovadora para o periódico Cartas de revisão física.
Micah Hanks é o editor-chefe e cofundador do The Debrief. Ele pode ser contatado por e-mail em micah@thedebrief.org. Acompanhe o trabalho dele em micahhanks.com e em X: @MicahHanks.
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