Lyckat experiment banar väg för nytt grundämne

Jakten på nya grundämnen bygger på drömmen om att lyckas hitta en variant som är tillräckligt stabil för att kunna vara långlivad och inte sönderfalla meddetsamma. Det finns en teori inom kärnfysiken om den så kallade ön av stabila supertunga grundämnen. Det är en potentiell zon i övre delen av det periodiska systemet där det skulle kunna finnas ännu icke upptäckta grundämnen som kan lyckas hålla ihop längre än bara några sekunder. Syftet är att utforska gränserna för stabilitet i atomernas kärnor.

I en studie från bland annat Lunds universitet har forskarna nu testat en ny metod för att iaktta grundämnet livermorium, som har 116 protoner i sin atomkärna. Studien visar att den nya metoden är en lovande väg framåt för att ge sig i kast med uppdraget att tillverka grundämne 120, som i så fall blir det hittills tyngsta grundämnet.

– Vi kunde registrera en livermoriumkärna i vår detektor redan åtta dagar in i experimentet. Det visade att vi hade valt ganska bra inställningar från början, säger Dirk Rudolph, en av Lundaforskarna som har deltagit i den nya studien.

Experimentserien genomfördes på det anrika Berkeley Lab i USA. För Dirk Rudolph och hans Lundakollegor är det en fjäder i hatten att ha fått förtroendet att bidra med det nya detektorsystemet i de omfattande experimenten vid Berkeley. Lundaforskarnas detektor, kallad SHREC, flögs till USA i forskarnas handbagage. Detektorns hjärta är en liten låda som innehåller 14 specialtillverkade kiselplattor.

Vid forskning på supertunga grundämnen behövs först en accelerator som levererar en intensiv jonstråle, som i sin tur sedan fokuseras på ett strålmål. Strålmålet består av ett tunt lager av ett grundämne tyngre än uran. Produkten som bildas vid fusionen kan efter en effektiv separation registreras i ett detektorsystem.

– Jag är mycket stolt över att SHREC fungerade som ett urverk i experimentuppställningen efter att vi tog den med oss från Lund, säger Pavel Golubev, Lundagruppens detektorexpert.

Experimentet med livermorium fortsätter året ut, och sedan planerar forskarna att börja jobba med att försöka tillverka grundämne nummer 120, något som kan ta flera år. SHREC har finansierats av främst Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse och är Lundagruppens huvudbidrag till experimentprogrammet vid Berkeley.

Förutom Berkeley Lab och Lunds universitet har ett drygt tiotal lärosäten deltagit i arbetet.

Studien publiceras i Physical Review Letters: ”Towards the Discovery of New Elements: Production of Livermorium (Z=116) with ⁵⁰Ti”

För mer information, kontakta:

Dirk Rudolph, professor

Fysiska institutionen, Lunds universitet

046 222 76 33

dirk.rudolph@fysik.lu.se

Presskontakt

johan.joelsson@science.lu.se

046 222 71 86

Fakta: Periodiska systemet

Det periodiska systemet är en översikt över alla kända grundämnen. Indelningen av grundämnena bygger på antalet protoner i atomkärnan. Uran är med sina 92 protoner det tyngsta grundämne som förekommer i naturen. Alla grundämnen med fler protoner än så blir instabila och sönderfaller snabbt. Det hittills tyngsta grundämne som har tillverkats i laboratorium är oganesson, med 118 protoner i sin atomkärna.

Fakta: Tekniken bakom supertunga grundämnen

Enkelt uttryckt handlar det om ren matematik att skapa nya supertunga grundämnen. Man tar ett redan känt grundämne och skjuter sedan en jonstråle mot det ämnet för att få en atomkärna med högre antal protoner via en kärnfysikalisk fusionsreaktion. I den aktuella studien använde forskarna en jonstråle av titan-50 (innehåller 22 protoner), som träffade ett strålmål av plutonium-244 (innehåller 94 protoner). Resultatet blev livermorium, med 116 protoner. I praktiken är processen dock extremt komplicerad eftersom de allra flesta supertunga fusionsprodukterna genast sönderfaller. I föreliggande fall krävdes cirka 5 000 000 000 000 000 000 försök för att lyckas registrera en enda atomkärna av livermorium.