Исследователи, возможно, нашли способ создать новый сверхтяжелый элемент, известный как «элемент 120», который будет настолько массивным, что для него потребуется отдельный новый ряд в периодической таблице элементов. Если удастся синтезировать этот гипотетический элемент, его атомы могут представлять собой «остров стабильности», что может произвести революцию в химии тяжелых элементов.
В настоящее время в периодической таблице значится 118 известных элементов: начиная с водорода, у которого в ядре всего один протон, и до оганессона, официально названного в 2016 году, в атомах которого содержится не менее 194 субатомных частиц (118 протонов и как минимум 176 нейтронов).
Однако ученые теоретически понимают, что в природе должны существовать еще более тяжелые элементы, и даже предсказывают их свойства и поведение. Но чтобы обнаружить эти элементы, нужно либо научиться синтезировать их на Земле, либо исследовать Солнечную систему в поисках возможных мест их нахождения.
Двумя наиболее перспективными кандидатами на открытие среди новых элементов являются элемент 119, условно названный унуненнием, и элемент 120, известный как унбинилий. Эти элементы настолько массивны, что не вписываются ни в один из существующих семи рядов периодической таблицы. Если их удастся создать, они займут место в новом, восьмом ряду на этой культовой диаграмме. Однако, несмотря на многочисленные попытки, ни один из них пока не был синтезирован.
В новом исследовании, опубликованном 21 октября в журнале Physical Review Letters, учёные продемонстрировали новую технику создания сверхтяжелого элемента ливермория (элемента 116) путем бомбардировки плутония-244 — изотопа плутония с повышенным числом нейтронов — ионами титана, которые представляют собой заряженные атомы в виде пара.
Исследователи считают, что ту же методику можно использовать и для создания унбинилия, бомбардируя ионами титана изотопы калифорния, который тяжелее плутония. Новое исследование является важным доказательством концепции, которое позволит учёным активизировать поиски гипотетического элемента, отметили они.
«Эта реакция никогда ранее не была продемонстрирована, и было необходимо доказать её возможность, прежде чем приступать к попытке создать [элемент] 120, — сказала в своём заявлении ведущий автор исследования Джеклин Гейтс (Jacklyn Gates), ядерный учёный из Национальной Лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) в Калифорнии. — Создание нового элемента — крайне редкое достижение. Приятно быть частью этого процесса и иметь перспективный путь вперёд.»
Тем не менее, может пройти немало времени, прежде чем исследователям удастся создать унбинилий. В этом исследовании для создания всего двух атомов ливермория в 88-дюймовом циклотроне Лаборатории Беркли, где постоянно происходила бомбардировка изотопа плутония ионами титана, понадобилось более 22 дней. Для формирования же унбинилия потребуется ещё больше времени.
«Мы полагаем, что для создания [элемента] 120 потребуется примерно в 10 раз больше времени, чем для [элемента] 116, — отметил в своём заявлении соавтор исследования Райнер Крюккен (Reiner Kruecken), ядерный учёный из Лаборатории Беркли. — Это непросто, но теперь кажется чем-то осуществимым.»
Обычно сверхтяжёлые элементы после своего образования быстро распадаются, поскольку они крайне нестабильны. Однако учёные предполагают, что, когда элементы достигнут определённого размера, они попадут в так называемую «зону стабильности», в которой они смогут оставаться значительно дольше, чем известные на данный момент сверхтяжёлые изотопы.
Ожидается, что унбинилий сможет достичь этой зоны стабильности, что откроет новые возможности для изучения сверхтяжёлых элементов, отметили авторы исследования. Однако существует вероятность того, что гипотетический элемент может повести себя иначе, чем предполагается.
«Когда мы пытаемся создать такие невероятно редкие элементы, мы стоим на самом краю человеческих знаний и понимания, и нет никакой гарантии, что физика будет работать так, как мы ожидаем», — сказала Дженнифер Пор (Jennifer Pore), один из авторов исследования и ядерный учёный из Лаборатории Беркли.
