At skubbe grænsen for det periodiske system med supertunge grundstoffer

Forskere fra Massey University i New Zealand, University of Mainz i Tyskland, Sorbonne University i Frankrig og Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) diskuterer grænsen for det periodiske system og reviderer konceptet "stabilitetens ø" med de seneste fremskridt inden for forskning i supertunge grundstoffer. Deres arbejde dukkede først op i Nature Reviews Physics .

Ud over Nature Reviews Physics funktion, Fysikrapporter har udgivet en anmeldelse om atomic electronic structure theory for superheavy elementer.

Hvad er den tungest bundne kerne og det tungest bundne atom, og hvad er deres egenskaber? Kernerne af kemiske grundstoffer med mere end 103 protoner er mærket som "supertunge". De er en del af et stort ukendt territorium af disse kerner, som videnskabsmænd forsøger at afdække. At udforske dette ukendte territorium giver udsigter til opdagelser, der forbinder videnskabens brede områder.

Nye eksperimentelle faciliteter er ved at blive bygget for at hjælpe forskere med at afdække egenskaber ved atomer og deres kerner i et regime med meget store antal elektroner, protoner og neutroner. Faciliteterne vil skabe nye grundstoffer og nuklider ved grænserne for atomnummer og masse. Produktionshastighederne for supertunge kerner er ekstremt lave.

De fysiske og kemiske data opnået fra disse eksperimenter har indikeret afvigelser fra lettere grundstoffer og isotoper. Dette gør det muligt for videnskabsmænd at stille spørgsmålstegn ved, hvor meget længere grænserne for det periodiske system og diagrammet over nukliderne kan udvides. Det er også et videnskabeligt mål at vurdere eksistensen af ​​"halvøen med udvidet stabilitet", hvor supertunge kerner kunne have levetid ud over den meget korte levetid, man har opdaget indtil nu.

Derudover fokuserer atomstrukturteoriens fremskridt på supertunge grundstoffer og deres forudsagte elektroniske grundtilstandskonfigurationer, som er vigtige for et grundstofs placering i det periodiske system.

"På grund af tilstedeværelsen af ​​enorme elektrostatiske kræfter bevæger elektroner i supertunge atomer sig med hastigheder tæt på lysets hastighed," sagde en af ​​forfatterne til papiret, Witek Nazarewicz, John A. Hannah Distinguished Professor of Physics og chefforsker ved FRIB. "Også meget stærke Coulomb-kræfter i supertunge kerner giver anledning til nye effekter. Dette er et nyt boldspil for atom- og kerneteori."

På FRIB vil forskere studere måder at nå supertunge kerner, der ligger tættere på regionen med øget stabilitet. Mange supertunge kerner kan ikke måles i øjeblikket, så information om dem skal komme fra teoretiske ekstrapolationer. Nukleare teoretikere hos FRIB udfører forudsigelser for supertunge kerner ved hjælp af avancerede modeller hjulpet af højtydende databehandling og maskinlæring.

At studere det periodiske system af grundstoffer og det nukleare landskab i den supertunge region vil generere nye ideer og metoder, der vil påvirke atom- og atomfysik, astrofysik og kemi.

Flere oplysninger: ELLER. Smits et al, Pushing the limits of the periodic table — En gennemgang af atomrelativistisk elektronisk strukturteori og beregninger for de supertunge grundstoffer, Physics Reports (2023). DOI:10.1016/j.physrep.2023.09.004

Journaloplysninger: Naturanmeldelser Fysik

Leveret af Michigan State University