Saludos desde la isla de la estabilidad mejorada: la búsqueda del límite de la tabla periódica
Nuevos elementos superpesados
Desde el cambio de siglo, se han descubierto seis nuevos elementos químicos que se han añadido a la tabla periódica de los elementos, el icono mismo de la química. Estos nuevos elementos tienen números atómicos elevados, de hasta 118, y son bastante más pesados que el uranio, el elemento de mayor número atómico (92) que se encuentra en mayores cantidades en la Tierra. Esto plantea cuestiones como cuántas más de estas especies superpesadas esperan ser descubiertas, dónde se encuentra -si es que existe- un límite fundamental en la creación de estos elementos y cuáles son las características de la llamada isla de estabilidad mejorada.
La isla de estabilidad mejorada de elementos superpesados vista en 2024: Se ha llegado a la costa y los experimentadores han dejado las primeras huellas en la playa. Van apareciendo montañas de estabilidad cuya ubicación no está clara.
Simon Tschachtli / JGU & GSI Darmstadt
En una reciente revisión, expertos en química y física teórica y experimental de los elementos más pesados y sus núcleos resumen los principales retos y ofrecen una nueva visión sobre los nuevos elementos superpesados y el límite de la tabla periódica. Uno de ellos es el profesor Christoph Düllmann, del GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung de Darmstadt, la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia y el Instituto Helmholtz de Maguncia (HIM). En su número de febrero, la revista líder mundial de alto impacto Nature Review Physics presenta el tema en portada.
Visualización de una isla de estabilidad de núcleos superpesados
Ya en la primera mitad del siglo pasado, los investigadores se dieron cuenta de que la masa de los núcleos atómicos es menor que la masa total de sus constituyentes protones y neutrones. Esta diferencia de masa es la responsable de la energía de enlace de los núcleos. Ciertos números de neutrones y protones conducen a un enlace más fuerte y se denominan "mágicos". De hecho, los científicos observaron muy pronto que los protones y neutrones se mueven en envolturas individuales similares a las electrónicas, siendo los núcleos del metal plomo los más pesados, con envolturas completamente llenas que contienen 82 protones y 126 neutrones: un núcleo doblemente mágico. Las primeras predicciones teóricas sugerían que la estabilidad extra de los siguientes números "mágicos", lejos de los núcleos conocidos en aquella época, podría dar lugar a tiempos de vida comparables a la edad de la Tierra. Esto llevó a la noción de una llamada isla de estabilidad de núcleos superpesados separada del uranio y sus vecinos por un mar de inestabilidad.
Existen numerosas representaciones gráficas de la isla de estabilidad, que la muestran como una isla lejana. Han pasado muchas décadas desde que surgió esta imagen, así que ha llegado el momento de echar un nuevo vistazo a la estabilidad de los núcleos superpesados y ver adónde nos puede llevar el viaje hacia los límites de la masa y la carga. En su reciente artículo titulado "La búsqueda de elementos superpesados y el límite de la tabla periódica", los autores describen el estado actual de los conocimientos y los retos más importantes en el campo de estos superpesados. También presentan consideraciones clave para el desarrollo futuro.
Los elementos hasta el oganessón (elemento 118) se han producido en experimentos, se les ha dado nombre y se han incluido en la tabla periódica de los elementos en instalaciones de aceleradores de todo el mundo, como en el GSI de Darmstadt y, en el futuro, en FAIR, el centro internacional de aceleradores que se está construyendo en el GSI. Estos nuevos elementos son muy inestables, y los más pesados se desintegran en cuestión de segundos como máximo. Un análisis más detallado revela que sus tiempos de vida aumentan hacia el número mágico de neutrones 184. En el caso del copernicio (elemento 112), por ejemplo, descubierto en el GSI, el tiempo de vida aumenta de menos de una milésima de segundo a 30 segundos. Sin embargo, el número de neutrones 184 está aún muy lejos de alcanzarse, por lo que los 30 segundos son sólo un paso en el camino. Dado que la descripción teórica aún es propensa a grandes incertidumbres, no hay consenso sobre dónde se producirán los tiempos de vida más largos y cuánto durarán. Sin embargo, existe un acuerdo general en que ya no cabe esperar núcleos superpesados verdaderamente estables.
Revisión del mapa de elementos superpesados
Esto conduce a una revisión del panorama de los elementos superpesados en dos sentidos importantes. Por un lado, hemos llegado a las orillas de la región de estabilidad aumentada y, por tanto, hemos confirmado experimentalmente el concepto de una isla de estabilidad aumentada. Por otro lado, aún no sabemos cómo de grande es esta región, por seguir con la imagen. ¿Cuánto durarán los tiempos de vida máximos, en los que la altura de las montañas de la isla suele representar la estabilidad, y dónde se producirán los tiempos de vida más largos? El artículo de Nature Reviews Physics aborda diversos aspectos de la teoría de la estructura nuclear y electrónica, como la síntesis y detección de núcleos y átomos superpesados en el laboratorio o en sucesos astrofísicos, su estructura y estabilidad, y la ubicación de los elementos superpesados actuales y previstos en la tabla periódica.
La investigación detallada de los elementos superpesados sigue siendo un pilar importante del programa de investigación del GSI de Darmstadt, que cuenta con el apoyo de la infraestructura y la experiencia del HIM y de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia, formando un entorno único para este tipo de estudios. En la última década se han obtenido varios resultados revolucionarios, como estudios detallados de su producción, que han llevado a la confirmación del elemento 117 y al descubrimiento del isótopo de vida relativamente larga lawrencium-266, de su estructura nuclear mediante diversas técnicas experimentales, de la estructura de sus envolturas atómicas y de sus propiedades químicas, donde el flerovio (elemento 114) representa el elemento más pesado para el que existen datos químicos. Los cálculos sobre la producción en el cosmos, especialmente durante la fusión de dos estrellas de neutrones, como se observó experimentalmente por primera vez en 2017, completan la cartera de investigación. En el futuro, la investigación de elementos superpesados podría ser aún más eficiente gracias al nuevo acelerador lineal HELIAC, cuyo primer módulo se ensambló recientemente en el HIM y se probó con éxito en Darmstadt, de modo que también se podrán alcanzar experimentalmente otros núcleos aún más exóticos y, por tanto, presumiblemente más longevos.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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