Ученые стали на шаг ближе к созданию «сверхтяжёлого» элемента 120

Исследователи приблизились к созданию элемента 120, гипотетического сверхтяжелого элемента, настолько массивного, что он потребует добавления новой строки в периодическую таблицу Менделеева. Это открытие потенциально может означать революцию в понимании химии тяжелых элементов, открывая путь к исследованию так называемого «острова стабильности». Сейчас периодическая таблица содержит 118 подтвержденных элементов, от водорода с одним протоном до оганесона, официально признанного в 2016 году и содержащего 118 протонов и, как минимум, 176 нейтронов.

Однако теоретические модели предсказывают существование ещё более тяжёлых элементов, чьи свойства и поведение можно предсказать с помощью квантовой механики и сложных вычислительных моделей, учитывающих ядерные силы и эффекты квантового туннелирования. Эти модели предполагают существование «острова стабильности» — области в карте нуклидов, где сверхтяжелые элементы обладают необычно долгими периодами полураспада, несмотря на свою огромную массу. Это явление связано с заполнением ядерных оболочек протонами и нейтронами, аналогично тому, как заполнение электронных оболочек определяет химическую стабильность легких элементов. 

Поиск этих сверхтяжелых элементов представляет собой огромный вызов. Их синтез требует колоссальной энергии и использования сложных ускорителей частиц. Вместо того, чтобы искать эти элементы в космическом пространстве, что связано с огромными трудностями в обнаружении таких редких и нестабильных изотопов среди огромного количества вещества, учёные пытаются синтезировать их в лабораторных условиях. Ключевыми кандидатами на роль "новых" элементов являются унуненний (элемент 119) и унбинилий (элемент 120). Они настолько тяжелы, что выходят за рамки существующих семи периодов таблицы Менделеева, требуя добавления восьмого периода, что значительно расширит наше понимание периодичности химических свойств элементов. Несмотря на многочисленные попытки, ни один из этих элементов до сих пор не был синтезирован в количествах, достаточных для подтверждения их существования.

Однако новое исследование, опубликованное в Physical Review Letters, демонстрирует значительный прогресс. Вместо прямой попытки синтеза элемента 120, ученые сосредоточились на разработке новой методики синтеза более легких сверхтяжелых элементов. Они использовали метод бомбардировки мишени из плутония-244 (изотопа с 94 протонами и 150 нейтронами) ускоренными ионами кальция-48 (20 протонов и 28 нейтронов). Выбор именно этих изотопов не случаен. Кальций-48 обладает необычно высоким соотношением нейтронов к протонам (N/Z ≈ 1.4), что увеличивает вероятность образования тяжелых изотопов продуктов реакции. Плутоний-244 выбран благодаря относительно большой продолжительности жизни и доступности. 

Этот процесс, называемый синтезом холодного слияния, позволяет образовать более стабильные ядра, минимизируя возбуждение образовавшегося составного ядра. В данном случае, в результате слияния ядра плутония-244 и кальция-48 образуется составное ядро с 114 протонами и 188 нейтронами. Это составное ядро крайне нестабильно и подвергается быстрому радиоактивному распаду через серию испусканий альфа-частиц (ядер гелия), нейтронов и других частиц.

В результате исследований получены данные о продуктах распада, позволившие ученым оптимизировать параметры эксперимента и получить ливерморий (элемент 116) с более высоким выходом. Успех в получении ливермория с помощью новой методики является важным шагом на пути к синтезу элементов 119 и 120. 

Дальнейшие исследования будут сосредоточены на совершенствовании методики, возможно, путем использования более тяжелых ионных пучков или более эффективных методов обнаружения сверхтяжелых ядер. Также ученые изучают возможности использования других мишеней, например, америция или кюрия, которые могут повысить вероятность образования элементов 119 и 120.