doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.172502
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#Elementos
Qual é o elemento mais pesado do universo? Será que existem infinitos elementos? Onde e como elementos superpesados poderiam ser formados naturalmente”
O elemento mais pesado conhecido que ocorre naturalmente é o urânio, com 92 prótons (esse número é o “Z” ou número atômico). Mas cientistas conseguiram sintetizar elementos superpesados, como o oganessônio (com Z=118), logo após o livermório (Z=116) e o tenessino (Z=117).
Todos esses elementos têm uma vida muito curta – o tempo que leva para metade dos átomos de um elemento decair “, geralmente durando menos de um segundo, e alguns apenas um microssegundo. Criar e detectar esses elementos exige aceleradores de partículas poderosos e medições complexas.
Mas a maneira tradicional de produzir elementos com Z alto está chegando ao seu limite. Por isso, um grupo de cientistas dos EUA e da Europa propôs um novo método para produzir elementos superpesados além da técnica existente. O trabalho foi realizado no Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley, na Califórnia, e publicado na revista *Physical Review Letters*.
“A ideia de uma “ilha de estabilidade” continua intrigante. Sua posição exata ainda é um objetivo de estudo tanto na teoria quanto nos experimentos da física nuclear”, escreveram J.M. Gates, do LBNL, e seus colegas no artigo.
A ilha de estabilidade é uma região onde elementos superpesados e seus isótopos – núcleos com o mesmo número de prótons, mas diferentes números de nêutrons – podem ter vidas bem mais longas do que os elementos próximos. Acredita-se que ela ocorra para isótopos perto de Z=112.
Para descobrir elementos superpesados, um dos métodos mais usados é bombardear elementos da série dos actinídeos (de Z=89 a Z=103) com átomos de cálcio-48, que tem 20 prótons e 28 nêutrons. O cálcio-48 é especial porque tem um “número mágico” de prótons e nêutrons, o que significa que esses números completam totalmente as camadas de energia disponíveis no núcleo.
Ter um número mágico de prótons e/ou nêutrons torna o núcleo muito estável; por exemplo, o cálcio-48 tem uma meia-vida de cerca de 60 bilhões de bilhões de anos (bem mais que a idade do universo). Essas reações são chamadas de “fusão quente”. Outra técnica utiliza isótopos de titânio-50 a zinco-70 como feixes acelerados em alvos de chumbo ou bismuto, sendo chamadas de reações de “fusão fria”. Foi assim que elementos como o oganessônio (Z=118) foram descobertos.
Mas, para produzir novos elementos superpesados, o tempo necessário tem aumentado, às vezes levando semanas para uma única execução. Como estamos perto da “ilha de estabilidade”, os cientistas precisam de técnicas novas para ir além do oganessônio. Porém, não é fácil conseguir alvos de elementos superpesados, como o einstênio ou férmio, para novos experimentos.
“Precisamos de uma nova abordagem”, escreveram Gates e sua equipe. E foi isso que encontraram.
Modelos teóricos do núcleo previram com sucesso as taxas de produção de elementos superpesados abaixo do oganessônio usando alvos actinídeos e feixes mais pesados que o cálcio-48. Esses modelos concordam que, para produzir elementos com Z=119 e Z=120, o titânio-50 seria o melhor feixe, com uma alta taxa de sucesso.
Porém, ainda faltam alguns parâmetros que os teóricos precisam definir, como a energia exata dos feixes, e alguns valores de massa que só podem ser medidos experimentalmente. Esses números são importantes porque podem afetar muito as taxas de produção dos elementos superpesados.
Diversos experimentos tentaram produzir átomos com números de prótons entre 119 e 122, mas todos foram insatisfatórios. As limitações das seções transversais das reações não permitiram aos cientistas definir melhor os modelos teóricos. A equipe de Gates investigou a produção de isótopos de livermório (Z=116) usando um feixe de titânio-50 em alvos de plutônio-244.
Usando o acelerador Ciclótron de 88 polegadas do Laboratório de Berkeley, a equipe produziu um feixe com média de 6 trilhões de íons de titânio por segundo, impactando um alvo de plutônio de 12,2 cm de área por 22 dias. Medindo cuidadosamente, determinaram que o livermório-290 foi produzido através de duas cadeias de decaimento nuclear diferentes.
“Esta é a primeira produção de um elemento superpesado próximo à ilha de estabilidade com um feixe diferente do cálcio-48”, concluíram. A seção transversal da reação, ou probabilidade de interação, diminuiu, como esperado com feixes mais pesados, mas “o sucesso desta medição valida que novas descobertas de elementos superpesados estão ao nosso alcance.”
A descoberta representa a primeira vez que uma colisão entre núcleos não-mágicos mostra potencial para criar outros átomos e isótopos superpesados, o que pode abrir portas para novas descobertas. Conhecemos cerca de 110 isótopos de elementos superpesados, mas espera-se que outros 50 estejam por aí, aguardando para serem descobertos com novas técnicas como essa.
Publicado em 29/10/2024 07h05
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