Forskare från Massey University i Nya Zeeland, University of Mainz i Tyskland, Sorbonne University i Frankrike och Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) diskuterar gränsen för det periodiska systemet och reviderar begreppet "stabilitetens ö" med senaste framsteg inom forskning om supertunga element. Deras arbete dök upp först i Nature Reviews Physics .

Förutom Naturrecensioner Fysik funktion, Fysikrapporter har publicerat en recension om atomic electronic structure theory for superheavy elements.

Vilken är den tyngst bundna kärnan och den tyngst bundna atomen och vilka egenskaper har de? Kärnorna av kemiska grundämnen med mer än 103 protoner är märkta som "supertunga". De är en del av ett stort okänt territorium av dessa kärnor som forskare försöker avslöja. Att utforska detta okända territorium ger möjligheter till upptäckter som kopplar samman vetenskapens breda områden.

Nya experimentanläggningar byggs för att hjälpa forskare att avslöja egenskaper hos atomer och deras kärnor i en regim av mycket stora antal elektroner, protoner och neutroner. Anläggningarna kommer att skapa nya grundämnen och nuklider vid gränserna för atomnummer och massa. Produktionshastigheterna för supertunga kärnor är ytterst låga.

De fysikaliska och kemiska data som erhållits från dessa experiment har indikerat avvikelser från lättare grundämnen och isotoper. Detta gör det möjligt för forskare att ifrågasätta hur mycket längre gränserna för det periodiska systemet och diagrammet över nuklider kan utökas. Att bedöma existensen av "halvön av utvidgad stabilitet", där supertunga kärnor kan ha livstider längre än den mycket kortlivade som upptäckts hittills, är också ett vetenskapligt mål.

Dessutom fokuserar framstegen inom atomstrukturteorin på supertunga element och deras förutspådda elektroniska grundtillståndskonfigurationer, som är viktiga för ett elements placering i det periodiska systemet.

"På grund av närvaron av enorma elektrostatiska krafter rör sig elektroner i supertunga atomer med hastigheter nära ljusets hastighet", säger en av författarna till tidningen, Witek Nazarewicz, John A. Hannah Distinguished Professor of Physics och chefsforskare vid FRIB. "Också mycket starka Coulomb-krafter i supertunga kärnor ger upphov till nya effekter. Detta är ett nytt bollspel för atom- och kärnvapenteori."

Vid FRIB kommer forskare att studera sätt att nå supertunga kärnor som ligger närmare regionen med ökad stabilitet. Många supertunga kärnor kan inte mätas för närvarande, så information om dem måste komma från teoretiska extrapolationer. Kärnkraftsteoretiker vid FRIB utför förutsägelser för supertunga kärnor med hjälp av avancerade modeller med hjälp av högpresterande beräkningar och maskininlärning.

Att studera grundämnenas periodiska system och kärnkraftslandskapet i den supertunga regionen kommer att generera nya idéer och metoder som kommer att påverka kärn- och atomfysik, astrofysik och kemi.

Mer information: ELLER. Smits et al, Pushing the limits of the periodic table — A review on atomic relativistic electronic structure theory and beräkningar för de superheavy elementen, Physics Reports (2023). DOI:10.1016/j.physrep.2023.09.004

Journalinformation: Naturrecensioner Fysik

Tillhandahålls av Michigan State University