Americkým vědcům se nedávno podařilo vyvinout novou metodu pro výrobu livermoria, prvku s protonovým číslem 116. Experiment představuje významný průlom, který otevírá dveře tvorbě dalšího těžkého atomu, prvku 120, který byl dosud znám pouze z odborných hypotéz.

Za revolučním objevem stojí vědci z pracoviště Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) sídlícího v americkém státě Kalifornie. V této prestižní laboratoři bylo v minulosti objeveno 16 těžkých a supertěžkých prvků, včetně technecia, plutonia či berkelia. Za pomoci technologie využívající titanový paprsek pak pracovníci ústavu nedávno úspěšně vytvořili již popsaný prvek livermorium s protonovým číslem 116. Nyní jejich plány míří až za hranice 118 dosud známých atomů, vstříc teoretické částici známé jako prvek 120.

Za revolučním objevem na poli částicové fyziky stojí vědci z kalifornské Lawrence Berkeley National Laboratory. Foto: Se souhlasem LBNL

Atom s protonovým číslem 120 by mohl změnit naše chápání fyziky

K úspěšnému dokončení experimentu s titanovým paprskem stačilo vědcům 22 dní a jeden cyklotron, tedy urychlovač těžkých iontů. Výsledkem pokusu byly pouhé dva atomy livermoria, které však znamenaly neuvěřitelný pokrok v částicové fyzice. Vytvoření prvku prostřednictvím titanového paprsku totiž zatím nebylo v literatuře popsáno. Vědci si tak potvrdili, že tato revoluční technologie má potenciál dosáhnout ještě o několik kroků dál.

Prvek 120, označovaný také jako unbinilium, zatím existuje pouze na teoretické hladině. V případě, že by se jej podařilo vytvořit, by se stal nejtěžším známým atomem, a umístil by se tak na osmém řádku periodické tabulky prvků. Částice v této oblasti již spadají do skupiny tzv. ostrova stability, kam patří supertěžké prvky s unikátními vlastnostmi, které by mohly narušit dosud známé rozpadové řady atomů. Zatímco dosud objevené supertěžké prvky se rozpadají téměř okamžitě, správná kombinace protonů a neutronů by mohla vytvořit stabilnější jádro, které by dokázalo přežít delší dobu, a poskytnout tak vědcům dostatek času pro jeho studium. Zkoumání prvků spadajících do ostrova stability. Může přinést cenné poznatky o chování atomů a jader, což může znamenat posun například v technologii jaderného reaktoru.

Did you know researchers at our Lab are credited with discovering 16 elements over the years? Now, they’re gearing up to look for the heaviest one yet: element 120. @BerkeleyLabPSA #PeriodicTablehttps://t.co/fmGqPdZU6B

— Berkeley Lab (@BerkeleyLab) July 23, 2024

Tvorba prvků je jako skládačka, v níž je soupeřem pravděpodobnost

Recept na výrobu supertěžkých prvků je v teorii jednoduchý. Srážkou dvou lehčích atomů, které mají dohromady požadovaný počet protonů, byste s pomocí základní matematiky měli získat výsledné jádro. Praxe je však mnohem komplikovanější, a to především díky nízké šanci na to, že spolu dvojice částic vůbec naváže interakci, a zpravidla tak trvá biliony pokusů, než ke srážce dojde. Je také zapotřebí využít specifických atomů s daným počtem protonů a neutronů, které mohou nové supertěžké prvky poskytnout.

V tomto případě tuto roli zastal právě titan, konkrétně jeho izotop ⁵⁰Ti, který tvoří zhruba 5 % veškerého titanu na zemi. Vědci z pracoviště LBNL vložili kus kovu s tímto izotopem do speciálního zařízení zvaného VENUS, které prostřednictvím teplot převyšujících 1 600 °C dokáže titan převést do skupenství plazmy, které je následně urychlováno v cyklotronu.  Částice pak bombardovaly destičku s jiným supertěžkým kovem, kde po více než třech týdnech skutečně došlo k účinné srážce a vzniku atomů livermoria. V případě prvku 116 vědci použili plutonium, pokud však budou chtít stejnou metodou vytvořit prvek 120, bude nutné použít kalifornium.

Bude se periodická tabulka prvků přepisovat? V horizontu let možná nejspíš ne, dříve či později se ale nové prvky s velkou pravděpodobností objeví. Foto: Unsplash

Cesta k prvku 120 je ještě dlouhá, díky nové metodice je však reálná

Již samotná výroba prvku s protonovým číslem 116 byla pro vědce obrovským úspěchem. Vyrobit atom se 120 protony by bylo sice ještě více fascinující, nicméně soudě podle rychlosti, s jakou bylo livermorium vytvořeno, půjde o reakci, ke které se fyzici dopracují v řádu několika let. Již samotná výroba terčíku s kaliforniem bude poměrně náročná, nemluvě o optimalizaci celého experimentu. Zaměstnanci LBNL však věří, že mají v rukou technologii, která prvek 120 skutečně dokáže vyrobit. Prvních experimentů bychom se mohli dočkat již v příštím roce.

Zdroje: 1, 2, 3, 4