Técnica deve revolucionar a produção de elementos superpesados

A exploração de elementos superpesados ​​representa uma das fronteiras mais desafiadoras da ciência nuclear moderna.

Atualmente, o elemento natural mais pesado conhecido é o urânio, com 92 prótons, mas os cientistas já sintetizaram outros ainda mais densos, como o oganesson, com 118 prótons. Esses elementos, que também incluem o fígado (116 prótons) e a tennessina (117 prótons), têm meia-vida muito curta, geralmente inferior a um segundo.

Isso torna sua produção e detecção complexa, exigindo aceleradores de partículas poderosos e métodos de medição sofisticados. Mas mesmo as técnicas mais avançadas começam a apresentar limitações, tornando necessárias novas abordagens.

A produção de elementos superpesados ​​típicos tem sido baseada na fusão a quente, na qual núcleos de cálcio-48 (48Ca), um isótopo com números “mágicos” de prótons e nêutrons que garantem alta estabilidade, são usados ​​para bombardear alvos de elementos actinídeos, que têm entre 89 e 103 prótons.

Esses bombardeios de núcleos estáveis ​​de 48Ca geraram avanços importantes, levando à descoberta de elementos superpesados ​​até oganesson. Porém, ao tentarem chegar a elementos além de 118 prótons, os cientistas enfrentam grandes dificuldades: o processo tem se tornado cada vez mais lento, tornando o objetivo quase impraticável.

Com o objetivo de superar essa barreira, uma equipe do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (LBNL), do Departamento de Energia dos EUA, propôs uma nova técnica que utiliza feixes de isótopos mais pesados. A ideia, publicada recentemente na revista Cartas de revisão físicaexplora núcleos alternativos ao 48Ca, como o titânio-50 (50Ti), para bombardear alvos de plutônio.

“Ilha de estabilidade”: vida mais longa para elementos superpesados

Este método se diferencia por abrir caminhos até então inexplorados na produção de elementos com alta estabilidade. A técnica busca chegar a uma região conhecida como “ilha de estabilidade”, onde se espera que elementos superpesados ​​tenham meia-vida mais longa. Estima-se que a ilha de estabilidade ocorra para isótopos próximos a Z = 112, onde o aumento da estabilidade dos núcleos permitiria experimentos mais longos e precisos.

Para testar esta nova abordagem, o LBNL conduziu um experimento de 22 dias em seu acelerador de 88 polegadas. Nele, um feixe de 50Ti, a uma taxa de 6 trilhões de íons por segundo, foi direcionado a um alvo de plutônio-244. O impacto produziu 290 átomos de fígado, confirmados por duas cadeias diferentes de decaimento nuclear.

Segundo a equipe, liderada pelo cientista JM Gates, esta foi a primeira vez que um elemento superpesado próximo à ilha de estabilidade foi produzido com feixe alternativo ao 48Ca.

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Tentativas anteriores falharam

Embora a eficiência tenha sido inferior às técnicas tradicionais, o sucesso do experimento é um passo importante para a produção de elementos ainda mais pesados.

Tentativas de criar elementos com números atômicos 119 e 120 foram realizadas utilizando diversas técnicas, mas sem sucesso. Experimentos anteriores enfrentaram a falta de dados precisos sobre a energia necessária e a probabilidade de interação nuclear, conhecida como seção transversal. Os modelos teóricos oferecem previsões, mas estas variam dependendo da configuração de cada experimento e da energia envolvida.

A descoberta do LBNL representa um avanço significativo. Ao validar o uso de um feixe diferente do cálcio-48, a equipe abriu portas para novas possibilidades de síntese, incluindo elementos além de 118. Atualmente conhecemos cerca de 110 isótopos de elementos superpesados, mas outros 50 ainda podem existir, e com esta nova técnica, há chances reais de revelá-los.