Mätningar av kollisioner mellan små och stora atomkärnor av RIKEN-fysiker kommer att informera strävan efter att producera nya grundämnen och kan leda till ny kemi som involverar supertunga grundämnen.

Två lockande mål ligger nästan inom räckhåll för experimentella kärnfysiker. En är att bryta in i den åttonde raden i det periodiska systemet. Än så länge, forskare har gjort alla grundämnen i de första sju raderna - från väte (en proton) till oganesson (118 protoner). Således, att syntetisera tyngre element öppnar ny mark.

Det andra målet är att lokalisera "öns stabilitet" i havet av superhungra kärnor. Supertunga grundämnen blir i allmänhet mer instabila ju fler protoner de innehåller. Till exempel, den mest stabila isotopen av nihonium (113 protoner) har en halveringstid på nästan åtta sekunder, medan Oganesson bara är 0,7 millisekunder. Men teoretiker tror att denna trend kommer att förändras för kärnor som ligger strax bortom oganesson. De antar att det finns en särskilt stabil kärna som är '' dubbel magi, " med magiska tal för både protoner och neutroner. Långlivade supertunga grundämnen kommer att öppna upp en ny typ av kemi, vilket innebär mer utdragna reaktioner.

För att förverkliga dessa mål, experimentalister måste avgöra hur de ska maximera sina chanser att producera supertunga kärnor eftersom det beräknas ta mer än tre månader att syntetisera en enda atom. Att göra detta, de behöver känna till den frånstötande kraft två kärnor upplever när de närmar sig varandra på grund av kärnpotentialens attraktionskraft.

Nu, Taiki Tanaka från RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science och medarbetare har mätt denna repulsion genom att avfyra små kärnor (neon, magnesium och kalcium) på stora (kurium och uran) och mäter hur de sprids.

De upptäckte att den frånstötande barriären mestadels påverkas av deformationen av den större kärnan, som är formad som en rugbyboll. Jämförelse med excitationsfunktionerna för att producera kända supertunga element tyder på att avfyring av den mindre kärnan så att den närmar sig sidan av den deformerade större kärnan kommer att vara den mest effektiva strategin för att producera nya supertunga kärnor.

Om denna trend gäller för tyngre kärnor kan den optimala energin för den mindre kärnan bestämmas bara genom att mäta den repulsiva barriären för den större kärnan, som bara tar ungefär en dag. "Från denna systematiska studie, vi har föreslagit en ny metod för att uppskatta den optimala incidentenergin för att syntetisera ett nytt element, säger Tanaka.

Teamet planerar att använda denna kunskap för att göra nya supertunga element. "På kort sikt, vi kommer att försöka skapa nya element som element 119 eller 120, " förklarar Tanaka. "Om ett eller två decennier, vi vill nå stabilitetens ö, men vi är inte säkra på var det är. "