Les mesures des collisions entre les petits et les gros noyaux atomiques par les physiciens de RIKEN éclaireront la quête pour produire de nouveaux éléments et pourraient conduire à une nouvelle chimie impliquant des éléments superlourds.

Deux objectifs alléchants sont presque à la portée des physiciens nucléaires expérimentaux. L'une consiste à entrer dans la huitième ligne du tableau périodique. Jusque là, les scientifiques ont fabriqué tous les éléments des sept premières rangées, de l'hydrogène (un proton) à l'oganesson (118 protons). Ainsi, la synthèse d'éléments plus lourds ouvrira de nouveaux horizons.

L'autre objectif est de localiser «l'îlot de stabilité» dans la mer des noyaux super-lourds. Les éléments superlourds deviennent généralement d'autant plus instables qu'ils contiennent plus de protons. Par exemple, l'isotope le plus stable du nihonium (113 protons) a une demi-vie de près de huit secondes, alors que celui d'oganesson est à peine 0,7 milliseconde. Mais les théoriciens pensent que cette tendance va changer pour les noyaux situés juste au-delà d'oganesson. Ils conjecturent qu'il existe un noyau particulièrement stable qui est « doublement magique, " ayant des nombres magiques de protons et de neutrons. Les éléments superlourds à vie longue ouvriront un nouveau type de chimie, ce qui implique des réactions plus prolongées.

Pour réaliser ces objectifs, les expérimentateurs doivent déterminer comment maximiser leurs chances de produire des noyaux superlourds, car on estime qu'il faut plus de trois mois pour synthétiser un seul atome. Pour faire ça, ils ont besoin de connaître la force de répulsion que subissent deux noyaux lorsqu'ils se rapprochent en raison de la force d'attraction du potentiel nucléaire.

Maintenant, Taiki Tanaka du RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science et ses collègues ont mesuré cette répulsion en tirant de petits noyaux (néon, magnésium et calcium) aux gros (curium et uranium) et mesurer leur diffusion.

Ils ont découvert que la barrière répulsive est principalement affectée par la déformation du plus gros noyau, qui a la forme d'un ballon de rugby. La comparaison avec les fonctions d'excitation pour produire des éléments superlourds connus suggère que tirer le noyau le plus petit de telle sorte qu'il s'approche du côté du noyau plus gros déformé sera la stratégie la plus efficace pour produire de nouveaux noyaux superlourds.

Si cette tendance se maintient pour les noyaux plus lourds, l'énergie optimale du plus petit noyau peut être déterminée simplement en mesurant la barrière répulsive du plus gros noyau, ce qui ne prend qu'une journée environ. « De cette étude systématique, nous avons proposé une nouvelle méthode pour estimer l'énergie incidente optimale pour synthétiser un nouvel élément, " dit Tanaka.

L'équipe prévoit d'utiliser ces connaissances pour fabriquer de nouveaux éléments superlourds. « A court terme, on va essayer de faire de nouveaux éléments comme les éléments 119 ou 120, " explique Tanaka. " Dans une décennie ou deux, nous voulons atteindre l'île de la stabilité, mais nous ne savons pas où il se trouve."