Alchimistii moderni concureaza pentru a crea un element nou

(Credit de imagine:

Emmanuel Lafont

)

Cu ajutorul unor imense zdrobitoare de atomi, oamenii de stiinta spera sa inceapa un al optulea rand al tabelului periodic si sa descopere noi atomi care nu au mai fost vazuti pana acum.

F

Pentru alchimistii medievali, incercarea de a transforma metalele „de baza” – cum ar fi plumbul – in aur „nobil” a fost un obiectiv tentant, dar evaziv, care i-ar putea ajuta sa inteleaga locul lor in cosmos. Multi au amestecat misticismul si magia in cautarea acestei transformari, sperand ca le va permite sa descopere secretele prelungirii vietii umane. La prima vedere pare oarecum in contradictie cu intreprinderea stiintifica moderna.

Dar fizicienii de astazi sunt implicati in propria lor forma de alchimie – transformand un element in altul. Ei fac ceea ce alchimistii antici nu au putut – creand noi atomi care intind taramurile a ceea ce se stie ca este posibil si arunca o noua lumina asupra modului in care se comporta materia din universul nostru.

O astfel de persoana este Kosuke Morita, fizician nuclear la Universitatea Kyushu din Japonia si liderul primei echipe asiatice care a sintetizat un nou element pe tabelul periodic, elementul suprasolicitat 113.

Alchimistii medievali s-au straduit in zadar sa transforme elemente precum plumbul, dar stiinta atomica moderna este acum angajata intr-o noua forma de alchimie (Credit: Emmanuel Lafont)

Dar, mai degraba decat sa incerce sa convinga metalul fara valoare pentru a-l transforma intr-unul pretios cu obiecte mitice, cum ar fi piatra filosofala, oamenii de stiinta moderni adopta o abordare mult mai dramatica – zdrobind doi atomi impreuna pentru a face unul mai mare.

Deja 118 elemente sunt acum cunoscute pe tabelul periodic. Cursa incepe sa gaseasca numarul 119.

Nu exista elemente naturale pe Pamant cu mai mult de 92 de protoni in nucleul atomilor lor – o caracteristica notata de numarul atomic din tabelul periodic. Cu toate acestea, este posibil sa se sintetizeze atomi cu mai multi in laborator.

S-ar putea sa-ti placa si:

• Cautarea de a face o substanta mai dura decat diamantul

• Ce se intampla daca universul nu are sfarsit?

• Vanatoarea „lupilor fantoma” din Japonia

In practica, este dificil din punct de vedere tehnic sa sintetizam elemente supraincarcate cu numere atomice mai mari de 103. Cand doi atomi se ciocnesc, protonii incarcati pozitiv din nucleele lor provoaca o repulsie electrostatica intre ei. Pentru a impiedica nucleele sa se desparta pur si simplu, oamenii de stiinta trebuie sa le sparga la viteze extrem de mari. De obicei, aceasta implica utilizarea unui element ca tinta si bombardarea acestuia cu un fascicul intens de ioni dintr-un al doilea element care calatoreste cu mii de mile pe secunda.  

Cea mai mare dificultate in sintetizarea unui nou element supraincarcat este ca un nucleu are un minut, doar o trilionime de centimetru latime. Si exista doar una din 100 trilioane de sanse de fuziune, chiar daca cele doua nuclee se ciocnesc.  

Presupunand ca cineva primeste o lovitura directa si ca cele doua nuclee atomice fuzioneaza impreuna, obtinerea acestuia sa stea in jur suficient de mult timp pentru a fi detectata este o noua provocare. Izotopii a 113 – variante ale unui atom care difera in greutate atomica datorita numarului de neutroni pe care il au in nucleul lor – au aparut pentru o miime de secunda trecatoare la RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science din Wakō, Japonia.

Si, desi Morita este un om stiintific, acest lucru nu l-a impiedicat sa se mentina la cateva superstitii care reflecta, probabil, paralelismul operei sale cu forme mai vechi de alchimie. In timp ce incerca sa demonstreze existenta elementului 113, el si-a facut obiceiul de a oferi cu precizie 113 yeni de fiecare data cand a vizitat un altar shinto.

Kosuke Morita nu a fost mai presus de o mica superstitie in timp ce incerca sa demonstreze existenta nihoniului, facand ofrande la altare Shinto de 113 yeni (Credit: Emmanuel Lafont)

Dar munca lui Morita si a colegilor sai a fost departe de a fi o aventura spirituala sau vrajitoare.

„Elementul 113 a fost sintetizat atunci cand am accelerat un fascicul de nuclee de zinc si l-am ciocnit intr-o tinta de bismut la 10% viteza luminii”, spune Morita. Au fost necesare peste patru trilioane de coliziuni in noua ani pentru a face cu succes elementul 113 de doar trei ori. Dar a fost suficient sa fie recunoscut ca un element nou.

In ciuda unei opriri temporare cand Japonia a fost lovita de cutremurul din Tohoku din 2011, una dintre cele mai mari inregistrate intr-un secol, echipa lui Morita a facut o observatie cruciala la 12 august 2012 care a pus mai devreme indoieli cu privire la existenta elementului 113.

„Putem fi siguri ca am descoperit un element nou atunci cand il privim cum se descompune”, spune Kaitlin Cook, fizician nuclear la Universitatea de Stat din Michigan. „Toate aceste elemente sunt radioactive si emit particule alfa. In mod util, energia decaderii alfa este o „amprenta digitala” a unui anumit nucleu care poate fi masurata cu detectoare. Daca vom crea un element nou, vom vedea o noua decadere, care, speram, produce un nucleu deja cunoscut pentru care „lantul de decadere” este deja cunoscut ”.

Pe masura ce au descoperit elementul, grupul lui Morita si-a castigat dreptul de a-l numi. Dupa multe deliberari, s-a stabilit in cele din urma pe nihoniu, cu simbolul, Nh. Orasul Wako a numit o strada dupa noul element ca recunoastere a descoperirii.

„Din punct de vedere al chimiei, este foarte important, deoarece completam un spatiu in tabelul periodic si poate exista doar 173 de spatii acolo”, a explicat Morita intr-un buletin informativ RIKEN publicat in perioada in care a fost facuta descoperirea Elementului 113. oficial. Oamenii de stiinta au calculat ca ar putea fi posibil doar sa existe 172 sau 173 de elemente inainte ca nucleele sa inceapa sa se destrame, desi unii cred ca Tabelul Periodic s-ar putea extinde si mai mult.

Mai multe grupuri de cercetare spera acum sa fie primele care sa sintetizeze elementul 119 si sa extinda tabelul periodic (Credit: Emmanuel Lafont)

„Pana acum, au fost descoperiti mai putin de 120”, continua Morita. „Este important si simbolic. Toate elementele anterioare au fost descoperite in Occident si este minunat ca acum avem un element descoperit in Asia. ”

Acum, Morita si echipa sa se lupta spre descoperirea unui alt element nou care va incepe al optulea rand pe tabelul periodic. Elementul 119, numit provizoriu ununeniu, este inca un element ipotetic care ar fi al saptelea metal alcalin cu proprietati similare celorlalte substante volatile din acest grup, inclusiv litiu, sodiu, potasiu si cesiu.

Sinteza si apoi detectarea acesteia nu va fi o sarcina usoara.

„Elementul 119 va necesita luni de iradiere a unei tinte de curiu cu un fascicul intens de vanadiu”, spune James Roberto, director asociat de laborator pentru parteneriatele stiintifice si tehnologice de la Oak Ridge National Laboratory din Tennessee, SUA. Chiar si atunci, cantitatea de 119 care va fi produsa este probabil sa fie mica si incredibil de scurta. Asigurarea tintei curium poate supravietui unor perioade atat de lungi de bombardament in conditii suficient de bune pentru a fi inca viabila va fi, de asemenea, o provocare.

Si echipa japoneza se confrunta cu o concurenta intensa din partea altor grupuri din intreaga lume, inclusiv o echipa de la Institutul Comun de Cercetari Nucleare din Dubna, Rusia, condusa de Yuri Oganessian, fizicianul al carui nume este acum purtat de cel mai greu element care a fost descoperit pana acum, Oganesson, pe care l-a ajutat la sintetizarea pentru prima data in 2002. Echipa rusa are un palmares formidabil, descoperind cele patru cele mai grele elemente cunoscute din tabelul periodic, 114-118.

Ambele echipe folosesc reactia de fuziune la cald pentru a gasi elementul 119, aceeasi metoda pe care echipa lui Oganessian a folosit-o pentru a descoperi elementele 114-118, unde temperaturile extrem de ridicate sunt folosite pentru a fuziona nucleele impreuna. Rusii intentioneaza sa foloseasca o grinda de titan pentru a bombarda o tinta de berkeliu, in timp ce japonezii folosesc vanadiu pentru a bombarda curiul.

Va dura luni intregi de iradiere a unei tinte de curiozitate, numita dupa Marie Curie si sotul ei, printr-o raza intensa de vanadiu pentru a face elementul 119 (credit: Emmanuel Lafont)

“Probabilitatea de productie a reactiei de titan-berkeliu este de asteptat sa fie mai mare decat cea de vanadiu-curiu”, spune Hiromitsu Haba, care este unul dintre liderii de echipa ai Grupului de cercetare a elementelor supraincarcate Morita de la RIKEN. „Cu toate acestea, berkeliul este o tinta foarte rara. Este dificil pentru noi sa obtinem materialul continuu, deoarece timpul de injumatatire al izotopului berkeliu este mai mic de un an. Ne vor dura cativa ani pentru a finaliza experimentele noastre, astfel ca preferam tinta cu curiozitate de lunga durata. ”

Indiferent de tintele pe care le vor folosi grupurile, ambele le vor obtine din reactorul nuclear de la Oak Ridge National Laboratory.

Pentru a-si imbunatati sansele de a gasi elementul 119, echipa lui Morita intentioneaza sa efectueze experimente folosind doua tipuri de acceleratoare de particule, incepand cu un fascicul de ciclotron, care trage particule in jurul unui inel inchis, in timp ce asteapta ca un accelerator liniar sa devina operational. „Ciclotronul inelar pe care il folosim in prezent este foarte versatil si multi alti utilizatori din institutia noastra vor sa-l foloseasca. Cu noul accelerator liniar, aceasta problema va fi rezolvata. Si, mai important, vom avea posibilitatea de a efectua doua cautari in paralel cu utilizarea ambelor acceleratoare ”, spune Hideto En’yo, directorul Centrului RIKEN Nishina pentru Stiinte pe baza de acceleratori.

„Al doilea experiment va incepe in anul fiscal japonez 2019, speram, cand vom finaliza actualizarea.” Echipa spune ca sunt pe drumul cel bun pentru livrarea primei raze in Februrary.

Oamenii de stiinta rusi au descoperit patru dintre cele mai grele elemente cunoscute in prezent in tabelul periodic (credit: Emmanuel Lafont)

Daca vor avea succes, ar putea fi inceputul unei noi ere a stiintei atomice. Fizicienii cred ca al optulea rand al tabelului periodic este locul unde poate fi gasita asa-numita „insula a stabilitatii”. Aici se prezice ca izotopii elementelor supraincarcate poseda un „numar magic” care le face remarcabil de stabile, cu timp de injumatatire potential de sute de ani. Acest lucru ar oferi posibilitatea de a gasi noi utilizari pentru aceste elemente de lunga durata, in functie de proprietatile lor.

Potentialele aplicatii practice ale descoperirii unui element nou nu pot fi evidente la inceput, dar ar putea fi extrem de benefice in viitor. Descoperirea gadoliniului in 1880 si a tehneciului in 1937, de exemplu. Acestea sunt ambele metale date pacientilor inainte de scanari, cum ar fi imagistica prin rezonanta magnetica (RMN) si tomografia computerizata (CT), pentru a ajuta tesutul sa fie imaginat mai usor.

Daca noile elemente pe care Morita si colegii sai le urmaresc se dovedesc a fi utile in moduri similare, ele ar putea atinge un alt obiectiv al alchimistilor din vechime. Si unul merita mult mai mult decat aurul.

–

Alaturati-va unui milion de fani Viitor placandu-ne pe  Facebook sau urmati-ne pe  Twitter  sau  Instagram .

Daca ti-a placut aceasta poveste,  inscrie-te la buletinul informativ saptamanal bbc.com , numit „Lista esentiala”. O selectie selectata de povesti de la BBC Future, Culture, Worklife si Travel, livrate in casuta de e-mail in fiecare vineri.

ARTICOLE SIMILAREDE LA ACELAȘI AUTOR