En un hito notable, investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) lograron producir el elemento 116 utilizando un haz de titanio-50 en el ciclotrón de 88 pulgadas del laboratorio. Este avance abre nuevas oportunidades para explorar elementos aún más pesados y acercarse a la creación del elemento 120, un objetivo largamente deseado en la ciencia nuclear. A través de este logro, el equipo de Berkeley Lab ha dado un paso crucial hacia la octava fila de la tabla periódica, conocida como la “isla de estabilidad”, una región teórica que puede albergar elementos con una vida más larga y propiedades únicas.
El descubrimiento del elemento 116
El descubrimiento del elemento 116, también llamado livermorio, fue presentado en la conferencia Nuclear Structure 2024, mientras que el artículo científico fue publicado en el repositorio en línea arXiv y enviado a Physical Review Letters para su revisión por pares.
La científica nuclear Jacklyn Gates, líder del proyecto, destacó la importancia de este primer paso:
“La creación de un nuevo elemento 116 es una hazaña extremadamente rara. Es emocionante ser parte del proceso y tener un camino prometedor por delante”.
A medida que los investigadores perfeccionan su método, el intento de fabricar el elemento 120 se convierte en una posibilidad concreta.
El proceso fue todo menos sencillo: después de 22 días de operaciones intensivas en el ciclotrón, el equipo logró fabricar dos átomos de livermorio, el elemento 116. Sin embargo, la creación del elemento 120 promete ser aún más desafiante. Según Reiner Kruecken, director de la División de Ciencias Nucleares en Berkeley Lab, el proceso podría llevar hasta diez veces más tiempo que la producción de livermorio, lo que sugiere que los científicos necesitarán años para lograr este objetivo.
Fabricación de elementos superpesados
La creación de elementos superpesados implica una fusión compleja de núcleos atómicos. La teoría es simple: combinar dos elementos más ligeros que, juntos, posean el número deseado de protones en el átomo final. No obstante, en la práctica, este proceso puede requerir miles de millones de intentos de fusión hasta que los átomos se unan con éxito.
Para este experimento, los investigadores seleccionaron el titanio-50 como haz, que es inusualmente rico en protones y neutrones, combinándolo con un objetivo de californio-249, uno de los elementos más pesados que pueden usarse de manera práctica. La elección del titanio como haz fue una novedad en la producción de elementos superpesados, ya que la mayoría de los elementos superpesados previos fueron creados utilizando un haz de calcio-48, un isótopo especial con una configuración “mágica” de protones y neutrones.
Esta configuración facilita la fusión nuclear, lo que no es el caso del titanio-50. Sin embargo, el experimento demostró que la producción de livermorio es factible con titanio, lo cual es alentador para futuros experimentos con el elemento 120.
La tecnología necesaria para crear un haz de titanio suficientemente intenso es otro logro en sí mismo. El proceso comienza con titanio-50, un isótopo raro, que se calienta en un horno especial a cerca de 3000 grados Fahrenheit hasta alcanzar su forma de vapor.
Este vapor se inyecta en una fuente de iones avanzada llamada VENUS, donde el titanio se convierte en plasma y se despoja de varios electrones para que pueda ser acelerado. Este complejo proceso garantiza que el titanio se dirija adecuadamente en el acelerador de 88 pulgadas, permitiendo que los iones impacten en el objetivo con precisión.
Damon Todd, un físico de Berkeley Lab, resaltó la dificultad de crear haces estables de titanio debido a su reactividad química. Sin embargo, el equipo solucionó estos problemas usando un horno de inducción que mantiene una temperatura fija, asegurando así la constancia del flujo de titanio hacia el plasma de VENUS y logrando una estabilidad clave para el experimento.
La posibilidad de la “Isla de Estabilidad”
Si los investigadores logran crear el elemento 120, se añadiría a la octava fila de la tabla periódica, acercándose a la misteriosa “isla de estabilidad”. Esta teoría sugiere que ciertos elementos superpesados pueden tener combinaciones específicas de protones y neutrones que les confieren una mayor estabilidad, evitando la desintegración rápida que suelen experimentar otros elementos superpesados.
Aunque los elementos descubiertos hasta ahora se desintegran casi al instante, esta combinación correcta podría permitir que los nuevos elementos duren lo suficiente como para ser estudiados en profundidad, ofreciendo información valiosa sobre el núcleo atómico y el comportamiento de los átomos en los límites de la física nuclear.
Aún queda un camino largo por recorrer antes de que los científicos puedan intentar crear el elemento 120, pero la creación del elemento 116 ya comenzó a pavimentar el camino. El equipo de Berkeley Lab está optimizando sus instalaciones y adaptando el ciclotrón para trabajar con un objetivo de californio-249.
A la par, el Laboratorio Nacional de Oak Ridge colabora en la producción de suficiente californio para el experimento. Si bien aún no hay una fecha precisa para el intento, los investigadores confían en poder iniciar el proceso en 2025. Desde entonces, podrían pasar varios años hasta obtener incluso unos pocos átomos del elemento 120, lo que subraya la paciencia y el compromiso necesarios en esta disciplina.
El descubrimiento del elemento 116 con un haz de titanio en el Berkeley Lab marca un hito importante en la exploración de los elementos superpesados. Este avance no solo allana el camino para el posible descubrimiento del elemento 120, sino que también fortalece nuestra comprensión de la estructura atómica y los límites de la tabla periódica. Cada paso en este proceso es un recordatorio de la complejidad y el asombro inherentes a la ciencia nuclear, acercándonos a la posibilidad de comprender mejor el universo a través de sus elementos más exóticos.
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