Een methode waarmee twee atomen van het zeldzame, superzware element livermorium zijn gemaakt, maakt de weg vrij voor het maken van het element 120.
Het op twee na zwaarste element in het universum is gemaakt op een manier die de weg wijst voor de synthese van element 120, dat het zwaarste element in het periodiek systeem zou zijn. ‘We waren geschokt, verrast en opgelucht dat we geen verkeerde keuzes hadden gemaakt bij het opzetten van de instrumentatie’, zegt natuurkundige Jacklyn Gates van het Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) in Californië.
Unbilinium
Zij en haar collega’s maakten het element livermorium (element 116) door een bundel geladen titaniumatomen in een stuk plutonium te schieten. Titanium is nog nooit gebruikt in een experiment om zwarte atoomkernen te maken, omdat het lastig is om er een goed gecontroleerde bundel van te maken. Er zijn triljoenen botsingen nodig om maar een paar nieuwe atomen te produceren. Toch denken natuurkundigen dat een titaniumbundel cruciaal zal zijn voor het creëren van het hypothetische element 120, ook bekend als unbinilium, met 120 protonen (positief geladen kerndeeltjes) in de kern.
Nobelprijswinnaar Anne L’Huillier: 'Het duurde 14 jaar voordat ons idee slaagde'
We spraken Nobelprijswinnaar Anne L’Huillier over haar grootste ontdekking en over haar huidige werk.
De onderzoekers begonnen met zeldzame isotopen van titanium die ze in een speciale oven bij 1650 graden Celsius verdampten. Isotopen zijn varianten van een atoom met verschillende aantallen ongeladen neutronen in de kern en daardoor verschillende massa’s. Vervolgens gebruikten ze microgolfstraling om de hete titaniumdamp in een geladen bundel te veranderen, die vervolgens in een deeltjesversneller kon worden gevoerd. Toen de bundel ongeveer 10 procent van de lichtsnelheid bereikte knalden ze hem op een doelwit van plutonium. Daarna kwamen de brokstukken in een detector terecht die de sporen detecteerde van precies twee livermorium-atomen.
Geen toevalstreffer
Deze twee atomen vervielen snel naar andere elementen, zoals verwacht. De stabiliteit van atoomkernen neemt af naarmate de massa van een atoom toeneemt. Maar de meting was zo nauwkeurig dat er slechts een kans van één op een biljoen is dat de vondst een statistische toevalstreffer was, aldus Gates. De onderzoekers presenteerden hun bevindingen op 23 juli op de conferentie Nuclear Structure 2024 in Argonne National Laboratory in Illinois.
Natuurkundige Michael Thoennessen van de staatsuniversiteit van Michigan zegt dat dit experiment de haalbaarheid van het creëren van element 120 bevestigt. ‘Je moet het grondwerk doen, en de weg omhoog aftasten. In die zin is dit een heel belangrijk en noodzakelijk experiment’, zegt hij.
Thoennessen vervolgt dat het creëren van unbinilium diepgaande implicaties zou hebben voor ons begrip van de sterke kernkracht, die bepaalt wanneer zware elementen stabiel zijn of niet. Het bestuderen van unbinilium zou ons ook kunnen helpen te begrijpen hoe exotische elementen in het vroege heelal kunnen zijn ontstaan.
Optimistisch
Het zwaarste door mensen gemaakte element tot nu toe – element 118, ook bekend als oganesson – heeft twee protonen meer dan livermorium, en werd voor het eerst gesynthetiseerd in 2002. In de tussenliggende jaren hebben onderzoekers moeite gehad om atomen nog zwaarder te maken. Daarvoor moeten zware elementen, die zelf al instabiel zijn, samengesmolten worden. ‘Dit is echt heel moeilijk’, zegt Thoennessen.
Maar het nieuwe experiment maakt de LBNL-onderzoekers optimistisch. Ze zijn van plan om in 2025 te beginnen met het experiment om element 120 te maken, zodra ze het doelwit van plutonium hebben vervangen door het zwaardere element californium. ‘Ik denk dat we een stuk dichter zijn bij weten wat we moeten doen’, zegt Gates. ‘Het is opwindend om de kans te krijgen om een nieuw element in het periodiek systeem neer te zetten. Weinig mensen hebben die kans.’
