La ricerca di elementi superpesanti e i limiti della tavola periodica

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La ricerca di elementi superpesanti e i limiti della tavola periodica

1.Estratto

2.Punti chiave

3.Introduzione

4.Sintesi e rilevazione

5.Un'isola di maggiore stabilità?

6.Figura legata al punto 5 e al punto 6

7.Glossario

8.Struttura e stabilità

9.Immagini collegate ai punti 5, 6 e 8

10.Struttura elettronica ed ubicazione nel PTE Figura 2 collegata Figura 3 associata

11. Chimica dell'analisi di "un solo atomo alla volta"

Bibliografia

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Estratto

I confini della tavola periodica degli elementi e del grafico dei nuclidi non sono scolpiti nella pietra. Il desiderio di esplorarne le proprietà e anche le caratteristiche degli atomi e i loro nuclei che possiedono un numero molto elevato di elettroni, protoni e neutroni hanno motivato la ricerca di nuove strutture sulle quali fare esperimenti e creare nuovi elementi e nuclidi ai limiti per quanto concerne numero atomico e massa. Ma i bassi ritmi di produzione e la breve durata degli atomi superpesanti fanno sì che i loro nuclei vadano studiati attentamente e, fino ad ora, sono state ricavate, di volta in volta, in maniera induttiva e sperimentale, leggi ad hoc per carpire le caratteristiche di ciascuno di essi . I dati finora ottenuti, integrati da calcoli teorici, indicano deviazioni significative dalle estrapolazioni da elementi più leggeri e isotopi. Questa situazione solleva la seguente domanda: quanto ancora si possono superare i limiti della tavola periodica? In questa pubblicazione verranno esposte le maggiori sfide da affrontare nel campo degli elementi superpesanti per poi speculare sulle prospettive future.

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Punti chiave

• Sono in corso esperimenti per sintetizzare nuovi nuclei ed elementi superpesanti oltre a quello già attualmente conosciuto, ovvero l’Oganesson. Questi esperimenti saranno cruciali per il benchmarking e i test su sistemi nucleari a molti corpi.
• Esperimenti chimici rapidi ed efficienti con singoli atomi e molecole chiariscono l'influenza dell'elevata carica atomica su proprietà chimiche, sondando così l'architettura fondamentale della tavola periodica.
• Il campo di ricerca sugli elementi superpesanti comprende sia il mondo atomico che nucleare. Per molti sistemi superpesanti, tutte le informazioni disponibili provengono e dovranno provenire in futuro da estrapolazioni teoriche basate su modelli supportati dal calcolo ad alte prestazioni e dall’apprendimento automatico.
• La presenza di grandi forze elettrostatiche dà luogo a fenomeni con pronunciati effetti relativistici che hanno luogo nel sistema atomico e la forza di Coulomb ha luogo nel sistema nucleare. Studi teorici indicano che gli atomi superpesanti dovrebbero differire fondamentalmente da specie più leggere, portando a deviazioni dagli attuali modelli di tavola periodica.
• Le difficoltà fondamentali si incontrano quando si ha a che fare con l’ equazione di Dirac a molte particelle, poiché oltre una certa carica nucleare, si prevede che livelli come gli 1 si fondano con l’energia negativa del continuum, portando infine ad un atomo potenzialmente instabile a livello strutturale e alla creazione reale della coppia elettrone-positrone.

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Introduzione

Da quando Dmitri Mendeleev e Lothar Meyer hanno introdotto la tavola periodica degli elementi (PTE) nel 1869 e Glenn Seaborg, Edwin McMillan e altri che seguirono sintetizzarono i primi elementi oltre l'uranio , la curiosità umana si è spinta oltre il limite della PTE per studiare il comportamento a livello fisico e chimico di elementi sempre più pesanti. Con la scoperta dell’Oganesson (numero atomico Z = 118), la settima riga della PTE è ora completa . Tuttavia, la ricerca per rivelare la regione in cui vi è l’isola della stabilità rafforzata dei nuclei superpesanti è ancora in atto.
Gli studi sugli elementi superpesanti (SHE) con Z ≥ 104 creati negli impianti nucleari offrono approfondimenti dettagliati sulla struttura nucleare ed elettronica in presenza di enormi forze elettrostatiche.
Da un punto di vista della fisica nucleare, esplorare la regione sconosciuta dei nuclei superpesanti (definiti vagamente come atomi composti da nuclei con un numero di protoni Z ≥ 104) aiuterebbe a sviluppare una più profonda comprensione del panorama nucleare limitato al modello di struttura nucleare a goccia, del nucleone, del decadimento α e della fissione nucleare. La principale difficoltà nell'esplorare le regioni sconosciute di nuclei superpesanti è descrivere la competizione tra la forza forte che produce il legame nucleare e la repulsione elettrostatica.
In seguito alla forza di Coulomb che agisce ad alto livello nucleare si prevede che le cariche diano origine a topologie nucleoniche esotiche ( sotto forma di bolle o tori) ed influisca sia sulle modalità di legame che sul decadimento nucleare, e anche sulla durata della vita dei nuclei superpesanti. Dal punto di vista chimico le domande sono le seguenti: come si comportano questi elementi chimicamente? Se e come si inseriscono nella tavola periodica? In teoria, calcoli precisi richiedono il trattamento accurato degli effetti relativistici, dell'elettrodinamica quantistica (QED) e degli effetti di correlazione elettronica. Dal punto di vista astrofisico , potrebbero essere sintetizzati nuclei superpesanti di breve durata da materiali espulsi durante i moti dinamici delle fusioni di stelle di neutroni che si pensa avvengano durante il processo astrofisico di cattura rapida di neutroni . Si prevede che tali nuclei superpesanti formati in questo modo abbiano un impatto sull’abbondanza dei processi, riciclando il materiale nucleare fino a regioni di massa più leggera attraverso processi di fissione, offrendo così un accenno di sintesi SHE nel cosmo. Rimangono aperte le seguenti domande: quale sarà l’elemento più pesante? Il suo nucleo e il suo atomo quali proprietà avranno? Questa revisione si concentra principalmente sui recenti sviluppi nel settore della ricerca SHE.

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Sintesi e rilevazione

Gli elementi conosciuti più pesanti ( tutti con Z ≥ 114) sono stati prodotti tramite reazioni di fusione indotte da ioni pesanti. In queste reazioni, i nuclei per mezzo di un fascio ionico vengono fusi con i nuclei bersaglio dell'elemento attinide appropriato fino a raggiungere i numeri di protoni Z = 114 − 118. Sfortunatamente, per ottenere livelli più alti in termini di numeri atomici, la strategia del “48Ca” non funziona a causa dell’incapacità tecnica di produrne quantità sufficienti, dell’ordine da 10 a 20 mg. Sono state sperimentate diverse reazioni nucleari per cercare di ottenere gli elementi Z = 119 e Z = 120. Per ottenere un nucleo superpesante bisogna necessariamente che accadano tre cose: in primo luogo, una durata di almeno 1 μs del tempo di volo che va dal punto di creazione passando attraverso i separatori di rinculo (necessari per l'isolamento dei singoli atomi) nel sistema di rilevamento.
Secondo: decadimento per mezzo di una modalità che prevede che i nuclei possano essere registrati con alta efficienza, come il decadimento α o la fissione spontanea (SF).
Terzo: decadimento in un modo che consenta di non avere ambiguità nell' identificazione del nucleo superpesante. Quest'ultima condizione è molto più facile da soddisfare nel caso del decadimento α che in quello SF, dato che i numeri atomici dei prodotti di fissione non possono ancora essere misurati direttamente per un singolo nucleo in decomposizione. Sono stati suggeriti percorsi alternativi per la produzione di nuclei superpesanti, in particolare quelli più ricchi di neutroni, cosa che può essere ottenuta attraverso reazioni di fusione basate su attinidi con fasci ionici di isotopi stabili. Infatti, come mostrato nel riquadro 1, è previsto che i nuclei superpesanti con vita più lunga si trovino sul lato "ricco" di neutroni. Il diretto avvicinamento alla prevista chiusura del guscio N = 184 sarà possibile solo a Z più elevato, utilizzando, ad esempio, la reazione 251Cf(58Fe,n) .
In alternativa, collisioni di due nuclei massicci, 238U e 248Cm, che portano allo scambio di un gran numero di nucleoni tra il nucleo del proiettile e quello del bersaglio, sono stati sperimentalmente esplorati e diversi lavori hanno suggerito ulteriori approfondimenti di questi studi. L'idea di tali reazioni di trasferimento multinucleonico è stata ripresa negli studi esplorativi. Un'altra strada, che in linea di principio raggiungerebbe i nuclei localizzati più da vicino verso il centro dell'isola di maggiore stabilità , che dovrebbe risiedere nell'area ricca di neutroni del grafico
di nuclidi, comporta fasci accelerati di ioni radioattivi (RIB) di nuclei radioattivi ricchi di neutroni. All'inizio degli anni 2000 è stato valutato il percorso ottimale verso questa regione. Alla luce del nuovo RIB, le strutture messe in funzione negli ultimi anni (il Radioactive Isotope
Beam Factory (RIBF) in Giappone e l'impianto per fasci di isotopi rari (FRIB) negli USA) o in costruzione (Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) in Germania, Rare isotope Accelerator, un complesso per esperimenti ON-line (RAON) in Corea del Sud, Heavy-Ion Accelerator Facility (HIAF) in Cina e GANIL/Spiral-2 in Francia), forniranno un aggiornamento, un accesso più vicino alla regione con più alta stabilità che potrebbe anche essere ottenuta con la cattura di elettroni o β+ - nuclei in decomposizione di elementi più pesanti . In questo caso, per ottenere ulteriori indici dalla teoria nucleare è necessario identificare nuclei candidati promettenti, e, per registrarli, sono necessari progressi tecnici sperimentali sui nuclei, poiché le configurazioni attuali sono ottimizzate per registrare il decadimento α e/o SF, ma non la cattura di elettroni o β+ di decadimento. Una volta che la loro vita diventa più lunga, l'identificazione basata sul decadimento diventa meno efficiente, spingendo nelle trappole di particelle per necessità di capacità di registrazione i singoli ioni. Si possono rilevare correnti di immagini indotte da singoli ioni vivi. I nuclei prodotti in “reazioni di fusione calda” con fasci di ioni 48Ca, cioè tutti i nuclei con Z ≥ 114 e i loro prodotti di decadimento, non sono attualmente collegati
alla regione conosciuta dell'isola nucleare a causa delle loro catene di decadimento α che terminano per fissione spontanea, come si può vedere nella figura del riquadro.
Un obiettivo importante è collegare questi nuclei alla terraferma nucleare, fornendo così un’identificazione diretta della carica di massa. La ricerca
nello stabilire questa connessione è in corso.
Si prevede generalmente che le sezioni d'urto di produzione dei nuclei non ancora scoperti siano molto piccole. Di conseguenza, per gli esperimenti si devono utilizzare fasci ionici più intensi, tempi di esecuzione più lunghi. Potenziamento degli acceleratori esistenti e la costruzione di nuovi richiedono progressi nella produzione per creare fasci ionici con tempi di funzionamento sempre più lunghi.

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Un’isola di maggiore stabilità?

Agli albori della fisica nucleare, i nuclei con 2, 8, 20, 28, 50, 126 neutroni e/o protoni sono stati ritenuti speciali, o magici, avendo un'abbondanza naturale eccezionalmente elevata di particelle elementari presenti nella loro struttura ed essendo più leggeri di quanto suggerirebbe una tendenza lorda di 161 neutroni/protoni. I numeri magici del nucleone sono stati spiegati dal modello “a guscio” nucleare valevole per i nuclei da 162,163 neutroni/protoni; sono numeri tramite i quali i gusci di nucleoni vengono considerati completamente riempiti. I nuclei con tale i numeri di nucleoni sono definiti (semi-)magici (un numero magico associato ad un solo tipo di nucleoni) o doppiamente magici (numeri magici costituiti da due tipi di nucleoni, come 2 4 Lui, 20 anni 48Ca o 82 208 Pb, che è il più pesante noto nucleo doppiamente magico e allo stesso tempo costituito dal più pesante nuclide). I primi calcoli che tengono conto della struttura del guscio e contemplano l'estrapolazione delle successive chiusure del guscio ha portato alla previsione che questi si abbiano Z = 114 eN = 184. Nuclei del genere, si pensava, che avessero vita che va da un minuto a milioni di anni, e questo aveva portato alla nozione di “isola di stabilità”. Quest'isola era molto lontana dal trovarsi presso nuclei più pesanti fino ad allora conosciuti, che ormai costituivano le membra della serie degli attinidi, cioè con Z non superiore a 103. Questo fatto ha stimolato la ricerca di elementi superpesanti in natura e in il laboratorio. Alla fine degli anni ’90 furono applicati modelli realistici della struttura nucleare ai nuclei superpesanti e il concetto stesso di isola venne rivisto. In particolare, si prevede che il pattern dei gusci nucleonici subirà cambiamenti significativi dovuti alla grande interazione di Coulomb e alla densità di grandi livelli di stati a singolo nucleone. Nella teoria dei modelli nucleari è contemplata la regione stabilizzata del guscio superpesante per nuclei composti da neutroni di numero N ≈ 172 − 184 e protoni di numero Z ≈ 112 − 126; la durata prevista, in questo caso, è significativamente più breve di quanto originariamente previsto. La situazione attuale è riassunta in la figura. Comune, praticamente, a tutte le previsioni moderne, è il fatto che non ci si aspetta che i nuclei superpesanti stabili o quasi stabili esistano sempre: mentre è sempre presente l'influenza della struttura del guscio sulla durata della vita e ciò è ben evidente nei nuclei più pesanti attualmente conosciuti. L'isola sembra essere associata alla “longevità” piuttosto che alla vera “stabilità”. La determinazione della posizione e dell’estensione dell’isola nella carta dei nuclidi rimane una questione chiave nella fisica nucleare. La figura mostra un estratto della tabella dei nuclei con la regione degli elementi più pesanti . Le caselle colorate indicano sperimentalmente nuclei conosciuti e le loro modalità di decadimento (verde: fissione spontanea (SF); giallo: decadimento α; rosa: β+ -decadimento o cattura degli elettroni; blu: β− -decadimento). La banda grigia indica la linea di β-stabilità prevista. Le chiusure a guscio sferico a N = 172 e N= 184 e a Z = 114 e Z = 120 sono contrassegnate in rosso. L'inserto mostra le emivite sperimentali del decadimento α; aumentano in funzione di N, supportando così il concetto di un’isola di maggiore stabilità. Lo schema è simile per gli elementi con Z dispari e per le emivite dei SF 157. I nuclei con la vita media più lunga ottenuti sono evidenti in diversi modelli rappresentativi (m1 (rif. 176), m2 (rif. 177), sono mostrati m3 (rif. 178), m4 (rif. 179), m5 (rif. 180) e m6 (rif. 181)). Non c'è consenso teorico sulla posizione della maggior parte dei nuclei stabili. Il loro tempo di dimezzamento e la loro modalità di decadimento sono dominanti. L’isotopo pesante 284Cn che decade per SF è evidenziato e può servire come punto di riferimento sperimentale; l'emivita calcolata di questo isotopo nei sei modelli selezionati viene inoltre visualizzata arrotondando l'ordine di grandezza. Le previsioni sono sparse su 11 ordini di grandezza. Anche altre proprietà SF differiscono tra le diverse teoriche strutture, come indicato dalle rese di fissione previste di 294Og mostrato nella Figura

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Immagine

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Struttura e stabilità

Una volta creati i nuclei superpesanti, gli esperimenti si concentrano sullo studio della struttura nucleare attraverso la rilevazione immediata della radiazione emessa durante il decadimento dei prodotti di fusione eccitati e dal decadimento radioattivo dei nuclei superpesanti nei loro stati nucleari terrestri o metastabili.
Tali studi forniscono informazioni sul panorama della stabilità nucleare e sulla situazione della struttura del guscio nucleare sottostante. L'evoluzione delle energie di legame è studiata mediante spettrometria di massa ad alta precisione. Dimensioni e forma nucleare
vengono sondati mediante studi di spettroscopia laser, attualmente limitati ai nuclei simili a quello del Nobelium. Nella fusione fredda non vengono prodotti isotopi diversi ..
I nuclei superpesanti conosciuti sono tutti radioattivi, con decadimento α e SF è la loro principale modalità di decadimento. Il decadimento β è fondamentale nel decadimento nucleare poiché determina la stabilità della maggior parte degli isotopi presenti nella
carta nucleare. Tuttavia, poiché il decadimento β è governato dalla forza elettrodebole, le emivite corrispondenti sono molto più lunghe di quelle
dovute al decadimento α o SF. Tuttavia, i canali del decadimento β non dovrebbero essere ignorati, soprattutto per i nuclei superpesanti ricchi di protoni sintetizzati fino ad oggi. È importante notare, tuttavia, che secondo ad una recente analisi globale, i decadimenti β proibiti, non considerati in studi teorici, dovrebbero essere molto importanti nei nuclei pesanti. Ciò richiede una revisione delle stime teoriche di
β+ -velocità di decadimento e di cattura degli elettroni nei sistemi superpesanti.
Come discusso nel riquadro 1, secondo gli attuali modelli basati su forze nucleari realistiche, in teoria non è prevista alcuna “isola superpesante stabile”. I nuclei superpesanti infatti abitano luoghi praticamente inesplorati della regione della carta nucleare, le previsioni teoriche equivalgono a estrapolazioni. A tal fine, il potere predittivo dei modelli nucleari nel dominio sconosciuto di nuclei superpesanti complessi, costituiti da molti
centinaia di nucleoni, possono essere migliorati utilizzando programmi informatici ad alte prestazioni e tecniche e algoritmi moderni come l'intelligenza artificiale. Una possibile strategia di estrapolazione è sviluppare emulatori basati su set di addestramento di deviazioni tra i dati sperimentali e osservabili calcolati (residui). Tali emulatori possono essere costruiti utilizzando, ad esempio, l'apprendimento automatico bayesiano. Cercherò di evitare previsioni grezze di modelli globali che variano ampiamente; invece, il modello quantificato su previsioni corrette da residui ottenuti mediante analisi statistiche (machine learning) risultano molto coerenti con i dati sperimentali. Tale apprendimento automatico è assistito e si possono ottenere estrapolazioni per fenomeni osservabili del tutto sconosciuti, come le masse o la durata della fissione. Aggiungendo nuove misurazioni al set di dati di apprendimento automatico , grazie alla fedeltà del corto e medio raggio, le estrapolazioni verranno continuamente migliorate.
Tuttavia, quando si effettuano estrapolazioni nel territorio dei superpesanti, si dovrebbe prestare molta attenzione nel fidarsi delle previsioni estrapolative di un dato modello a causa delle incertezze sistematiche del modello. Si considera che la saggezza collettiva di diversi modelli basati su diversi presupposti teorici e diverse strategie di calibrazione, insieme all'acquisizione di dati più recenti sui sistemi superpesanti, si può applicare ad una potente tecnica di miscelazione del modello bayesiano per valutare i modelli correlati e le incertezze.
La Figura 1 mostra la probabilità a posteriori di esistenza per i nuclei nella carta dei nuclidi basata sulle previsioni di undici masse globali di
modelli, i dati più recenti sull'esistenza e sulle masse nucleari, e tre strategie di model-averaging. Secondo questa analisi, limitata a Z ≤ 119, dovrebbero esserci tra 6.500 e 8.500 particelle legate nei nuclei in questo intervallo di numeri atomici. I risultati dell'analisi dei modelli mostrano una notevole diffusione attorno alla struttura nucleare a goccia dei neutroni. L'incertezza di estrapolazione nella regione ricca di neutroni pesanti (per altri esempi degli attuali calcoli nucleari globali calcolati con l'intelligenza artificiale vedere rif. 49) con Z = 118 è dovuta alla difficoltà data dalla maggiore concorrenza tra la forza nucleare a corto raggio e la forza elettrostatica a lungo raggio. Si prevede che gli associati effetti di interazione coulumbiana diano come risultato topologie esotiche di strutture nucleoniche, densità particolare, geometrie assimilabili a bolle, anelli o tori. Un esempio di forme esotiche anticipate di materia nucleonica nella regione superpesante è mostrato in Fig. 1b per il nucleo superpesante con Z = 156, A = 466.Il minimo locale sferico (punto «D») ha una distribuzione della densità a forma di bolla con una pronunciata depressione centrale. Le configurazioni a energia più bassa (punti «A» e «B») corrispondono a forme toroidali. Al minimo locale (punto ‘C’), il nucleo 466156 ha una forma oblata molto piatta mentre è molto allungata (prolata) nei punti “E” ed “F”. La stabilità dei minimi locali, aventi distribuzioni di densità esotiche,
distorsioni triassiali e asimmetriche di riflessione, devono ancora, invece, essere studiate. A causa di questa difficoltà, l'entità della regione dei superpesanti è ancora sconosciuta. Ancora una volta, i calcolatori ad alte prestazioni e l’apprendimento automatico saranno essenziali per affrontare questa questione.
A parte le difficoltà legate agli effetti di interazione coulumbiana, vi è anche la difficoltà considerevole di spostarsi dal modello teorico quando si tratta di cercare di capire le reali caratteristiche di un SF. Questo punto è discusso nel riquadro 1 e illustrato anche nella Fig. 1c, che mostra la distribuzione della carica in frammenti, per quattro recenti modelli teorici di rif. 54–56 per il noto nucleo superpesante 118 294 Og. In effetti, si tratta di una dipendenza dal modello piuttosto totale. Il modello del rif. 54 prevede un'elevata asimmetria durante la fissione o emissione di cluster. Tuttavia, in altri modelli55,56 si prevede in modo equo una distribuzione simmetrica del rendimento di fissione. Questa discrepanza richiede un ricerca sperimentale di un'emissione di cluster da 294Og e altro nei nuclei superpesanti. Nelle fasi finali del processo astrofisico, i neutroni nei nuclei superpesanti potrebbero avere un impatto sulla formazione di elementi più pesanti del ferro attraverso il riciclaggio della fissione, ritenuto di particolare importanza durante le fusioni di stelle di neutroni in cui è presente un elevato numero di neutroni liberi. Eppure, a causa del modello in cui sono contemplate considerevoli incertezze relative alla modellazione della fissione e del β− -tassi di decadimento, non c'è consenso riguardo al ruolo dei nuclei superpesanti nella nucleosintesi del processo astrofisico.

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Glossario

Apprendimento automatico bayesiano

Metodi di apprendimento automatico basati sulle applicazioni della statistica bayesiana.

Interazione e forza di Coulomb nel campo nucleare

La competizione tra le forze nucleari attrattive a corto raggio e l'interazione a lungo raggio e la repulsione di Coulomb portano alla nascita di varie densità nucleoniche.

Teoria della densità funzionale

La teoria della densità funzionale è un'alternativa ai metodi basati sulla funzione d'onda, e si attua utilizzando i funzionali approssimati di
densità di una particella.

Correlazione elettronica

La differenza tra un atomico o una proprietà molecolare valutata con il singolo determinante di Dirac–Hartree–
Fock livello e utilizzando una somma di determinanti o la teoria delle perturbazioni applicata ai molti corpi.

Fusione indotta dalla reazione di ioni pesanti

Reazioni nucleari indotte da ioni con Z > 2, tipicamente con elementi superpesanti prodotti nelle reazioni di fusione fredda
sulla base degli obiettivi vicini a 208Pb che si formano da un nucleo composto che viene eccitato tipicamente nell'intervallo ECN < 20 MeV
e così si promuove la produzione degli elementi con Z < 113, oppure tramite reazioni a caldo, reazioni di fusione utilizzando fasci di 48Ca,
portando ad uno stadio più altamente eccitato (più caldo) i nuclei composti che coinvolgono più neutroni da diseccitare, per promuovere la
produzione degli elementi con Z > 112.

Reazioni di trasferimento multinucleonico

Reazioni nucleari in cui i nuclei che irradiano e i nuclei bersaglio si scambiano nucleoni (a differenza delle reazioni di fusione in cui
si fondono formando un nucleo composto comprendente tutti i nucleoni del fascio nucleo e nucleo bersaglio).

Continuo di energia negativa

Lo spettro continuo con energia sotto mc2 che sono una soluzione dell'Equazione di Dirac.

Modello a goccia

Il confine oltre il quale i nuclei atomici non sono legati rispetto all' emissione di un nucleone.

Elettrodinamica quantistica

Teoria quantistica relativistica dei campi secondo la quale si verificano le interazioni delle particelle cariche con quelle l'elettromagnetiche quantizzate nel campo (cioè fotoni). In questo particolare frangente risultano particolari i contributi di particelle che fluttuano nel vuoto (elettrone virtuale e le coppie di positroni) che portano al vuoto polarizzazione, mente invece le fluttuazioni elettromagnetiche del campo portano auto-energia.

Fasci di ioni radioattivi

Fasci ionici costituiti da ioni radioattivi.

Cattura rapida dei neutroni

Processo (r-processo) che consiste in una serie di di reazioni nucleari che si svolgono ad alta densità e i neutroni in ambienti particolari diventano responsabili della realizzazione di circa metà dei nuclei atomici sono più pesanti del ferro.

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Figura 1 | Il panorama nucleare. a, Il grafico quantificato dei nuclidi ottenuto tramite i calcoli della media del modello bayesiano utilizzando 11 modelli di massa globale nucleare, energie di separazione sperimentali e informazioni sull'esistenza del nucleare. Per ogni nucleo con Z e N ≥ 8, e Z ≤ 119, è mostrata la probabilità (contrassegnata dal colore gradiente) che il nucleo sia legato rispetto all'emissione di protoni e neutroni. Le regioni in cui i nuclei sono stati osservati sperimentalmente e le loro energie di separazione misurate sono indicate dal giallo e dal rosso l, rispettivamente. La valle della stabilità β è contrassegnata da una linea tratteggiata. I segni indicano il territorio dei nuclidi superpesanti al limite della massa nucleare e della carica, i cui confini sono sconosciuti. b, Forme esotiche attese di materia nucleonica in nuclei superpesanti. La linea nera continua mostra la curva dell'energia potenziale del nucleo ottenuta con i calcoli relativistici della teoria del funzionale della densità rispetto alla deformazione del quadrupolo nucleare β2. I cerchi rossi aperti indicano i punti selezionati su questa curva per i quali sono evidenti le sezioni trasversali della distribuzione della densità dei neutroni mostrata nel piano perpendicolare (punti "A" e "B") o lungo (punti "C", "E" e "F") con
l'asse di simmetria del nucleo. I profili di densità riflettono le loro relative dimensioni rispetto alla forma sferica nel minimo (punto ‘D’) a β2 = 0.
c, Distribuzione della carica dei frammenti di fissione da SF di 294Og prevista nel modello ibrido54 (bande blu), approccio browniano forma-movimento (linea tratteggiata).Modello del punto di scissione (linea tratteggiata). La parte a è riprodotta con autorizzazione del rif. 48, APS; la parte b è riprodotta con il permesso del rif. 50, APS; la parte c è riprodotta con il permesso del rif. 54, AP.

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Struttura elettronica e ubicazione nel PTE

Gli esperimenti di fisica atomica con singoli atomi si basano fortemente sulle previsioni teoriche derivanti dai calcoli sulla struttura atomica. attualmente ci sono molti ostacoli sulla strada per la precisione richiesta nel valutare e confrontare le energie di legame totali di diversi stati atomici per trovare, ad esempio, il corretto stato elettronico fondamentale. Una sfida è rappresentata dal prevedere le energie di transizione sufficientemente bene da consentirne la scoperta di queste transizioni più facilmente negli esperimenti.
Finora sono stati eseguiti con successo esperimenti di spettroscopia laser per gli elementi fino a 102No (rif. 59), e sono in corso lavori per
103Lr (rif. 60). Tuttavia, la spettroscopia laser fa progressi per scoprire le caratteristiche del 102No, attualmente limitate dalle grandi incertezze delle previsioni basate sulla fisica atomica della struttura del guscio elettronico, che ne ostacolano lo sviluppo di schemi di eccitazione laser per la ionizzazione risonante degli isotopi di elementi più pesanti. Per attuare dei progressi nella previsione della struttura iperfine e sono necessari anche spostamenti isotopici. I calcoli sono ora disponibili per einsteinio61, fermio62 e nobelio63. Questo è un prerequisito per
studi dettagliati della loro struttura atomica e della struttura nucleare attraverso studi di struttura iperfine. Tali informazioni a livello atomico
possono aiutare nell'identificazione ottica di tali oggetti pesanti , elementi quali i prodotti di eventi astrofisici del processo r64.
È stato adattato il metodo della spettroscopia di ionizzazione per risonanza65,66 per studi di singoli atomi prodotti in reazioni di fusione-evaporazione in cui il rilevamento viene ottenuto registrando il decadimento radioattivo di uno ione prodotto dalla ionizzazione laser risonante38. Una prima svolta c'è stata nel 2016 in 102No con l'individuazione di un idoneo stato eccitato per la fotoionizzazione in due fasi dopo diversi anni di scansione nell'intervallo di lunghezze d'onda teoricamente previsto. Questo fatto ha posto le fondamenta per studi di precisione della struttura nucleare67 e atomica68 degli isotopi del nobelio. I progressi tecnici si concentrano sull’ottenimento dei dati ad alta precisione implementando tecniche migliorate69,70 e sull’espansione della gamma di isotopi accessibili alle specie con una vita intera fuori dai limiti dell'incarnazione iniziale della tecnica.
Uno dei problemi chiave nel portare avanti gli studi di spettroscopia laser è:
per gli elementi più pesanti è la necessità di ricercare stati elettronici eccitati che consentono un'efficiente ionizzazione risonante online utilizzando isotopi rari prodotto ad impulsi minuscoli. Per facilitare l'identificazione sperimentale di un livello atomico adatto alla ionizzazione per risonanza in un atomo di cui non è noto alcun livello del genere, si tratta di istituire una guida teorica: ciò è di massima importanza. Sfortunatamente, le incertezze teoriche superano la larghezza di banda tipica del laser, sostanzialmente, portando a scansioni molto lunghe e a
volte bisogna andare alla ricerca della posizione del livello per ogni nuovo elemento che sarà sondato mediante spettroscopia di ionizzazione di risonanza. Un esempio per la spettroscopia laser di 102No è discusso nel rif. 72.
C'è una grande dispersione di circa 0,15 eV sulla transizione energetica di circa 3,5 eV nelle valutazioni teoriche dell'energia di transizione, a seconda del metodo utilizzato per valutare la correlazione elettronica, comprese le interazioni di valenza centrale, nonché la QED e la dimensione nucleare effettiva. Esistono previsioni per gli elementi più pesanti (Lr e Og)74,77 ma
sono destinate ad essere ancora meno accurati.
A causa degli effetti relativistici molto ampi riscontrati negli SHE78, i calcoli della struttura elettronica devono basarsi sul formalismo relativistico di Dirac, inclusa l'elettrodinamica quantistica a stati legati (BSQED). La struttura dei gusci atomici esterni chimicamente rilevanti in modo critico
dipende da effetti relativistici, anche per elementi più leggeri in cui, per esempio, avviene una delicata interazione tra le shell (n − 1)d e ns
posto nei metalli di transizione. Il rapporto tra le correzioni relativistiche e BSQED e le energie non relativistiche nelle proprietà atomiche o molecolari sono in scala, approssimativamente, come (Zα)2, dove α è la costante di struttura fine.
Inoltre, i raggi medi orbitali cambiano in modo molto diverso a seconda di Z e sul momento angolare, modificando così la loro interazione con altri elettroni (vedi, ad esempio, rif. 81,82) che portano a significativi
cambiamenti nelle loro energie elettroniche. Quindi, nel caso delle SHE, questi effetti influenzano fortemente la struttura elettronica rendendola molto particolare, ed è difficile determinare la loro corretta posizione nel PTE. Grandi deviazioni da proprietà derivate da estrapolazioni all'interno di un gruppo del PTE sono quindi da contemplare.
Per trovare lo stato fondamentale corretto e le energie di transizione da stati elettronici eccitati, è necessario valutare in modo affidabile l’energia di correlazione elettronica utilizzando l’operatore di interazione elettrone-elettrone derivato da BSQED. Occorre poi includere gli effetti di correlazione, utilizzando tecniche relativistiche a molti corpi, come la multi-configurazione del metodo Dirac-Hartree-Fock, l' interazione relativistica delle configurazioni o la teoria relativistica delle perturbazioni a molti corpi. Inoltre, si dovrebbe anche tenere conto dei contributi BSQED dell'ordine (α/π) (Zα) (autoenergia (SE) e polarizzazione del vuoto (VP)) e di ordine (α/π)2 (Zα) (SE a due loop, misto VP–SE e VP multi-loop). Molti di questi contributi non sono mai stati calcolati per gli alti-n e conchiglie high-j occupate in SHE. Sebbene il VP, almeno al livello teorico di Uehling, Wichmann e Kroll e Källèn e Sabry, può essere incorporato nei calcoli per ottenere VP effetti misti-multielettrone, la SE non è naturalmente suscettibile per tali calcoli. I calcoli BSQED sono stati eseguiti solo per n ≤ 2 orbitali, e sono stati sviluppati operatori modello87-90 che consentono un'approssimazione nel descrivere la costituzione della SE. A tali operatori, compresa alla dimensione nucleare finita, sono state
applicate correzioni per gli elementi fino a Z = 170, migliorando la precisione dei calcoli della struttura elettronica. Eppure non lo è noto quanto sono grandi i contributi QED mancanti quando si utilizzano tale operatori di modello. L'errore più grande negli spettri atomici previsti, tuttavia, molto probabilmente deriva dal trattamento insufficiente di correlazione elettronica.
Esistono diverse questioni irrisolte che rendono il problema della struttura elettronica ancora più complesso. Quando si eseguono calcoli numerici, utilizzando il metodo multi configurazione di Dirac-Hartree-Fock , si devono mantenere ortogonali gli orbitali occupati della stessa simmetria. Tuttavia, quando si calcola un livello specifico di un dato momento angolare totale J per una Z molto alta, alla configurazione elettronica tende a corrispondere un accoppiamento jj quasi puro. Ad esempio, per un livello nsn′ (p J = 1) j, l'autovalore inferiore (3 P1 a Z basso) è per lo più nsn′ ( p J = 1) 1/2 , mentre l'autovalore superiore è per lo più nsn′ ( p J = 1) 3/2 . I coefficienti di mescolamento sono quindi prossimi rispettivamente a 1 e 10−474. Uno dei due n′pj orbitali si comporta anche come un orbitale di correlazione e bisogna rilassare il vincolo di conteggio dei nodi su di esso. Questo è vero per qualsiasi configurazione con shell aperte. La definizione di un orbitale limite rispetto a un orbitale di correlazione diventa confuso e questo può portare a gravi problemi di convergenza anche per casi senza correlazione elettronica.
La difficoltà di estendere i calcoli di correlazione allo SHE si trova anche nello spettro energetico denso. Per ottenere i contributi della correlazione elettronica, si devono eseguire contributi singoli, doppi ed eventualmente eccitazioni triple e quadruple agli orbitali non occupati nel
procedura di interazione di configurazione (CI). Gli ultimi due corrispondono a correzioni di ordine superiore e potrebbe essere necessario per ottenere risultati migliori migliorare la precisione dello spettro. Il trattamento adeguato delle singole eccitazioni può essere richiesto per ottenere i valori corretti della struttura fine e i limiti non relativistici. Tuttavia, per la SHE, sia i proiettili occupati che quelli non occupati possono farlo se
hanno valori j piuttosto grandi (j = 7/2 per f shell, j = 9/2 per g shell), che portano a un numero enorme di configurazioni quasi degeneri e, quindi, matrici hamiltoniane complesse e un numero ancora maggiore di coefficienti di interazione di Coulomb tra configurazioni. Ancora peggio, durante l'assunzione bisogna tener conto dell'interazione Breit92, che tiene conto dell'interazione magnetica e effetti di ritardo tra due elettroni, il numero di interazioni e i coefficienti possono essere due ordini di grandezza maggiori. E' necessario quindi studiare metodi nuovi di soluzione.
Recentemente, un ampio studio relativistico degli stati fondamentali è stato eseguito per gli SHE nell'intervallo 120 ≤ Z ≤ 17093. In questo lavoro, è stata presa in considerazione l'interazione e sono stati considerati gli effetti QED all’interno di un approccio di operatore modello. Si è scoperto che l'interazione Breit può cambiare la configurazione dello stato fondamentale. Si è riscontrato inoltre che, nel caso di configurazioni energeticamente vicine, gli effetti di correlazione elettronica possono cambiare la dominante configurazione del livello dello stato fondamentale. Le deviazioni previste nelle configurazioni dello stato fondamentale tra la singola configurazione relativistica e l'approccio CI sono concentrate principalmente nell'intervallo Z = 131 − 138, in cui i gusci 5g7/2 e 5g9/2 sono parzialmente occupati e hanno luogo forti interazioni tra diverse configurazioni. Un altro trattamento accurato della correlazione elettronica ha portato a cambiamenti di struttura del livello dello stato fondamentale in 4 dei 51 SHE considerati. Il principale contributo alle configurazioni dello stato fondamentale dell'SHE mediante il metodo CI è mostrato in Fig. 2. Il PTE che può essere ricavato da questo è mostrato in Fig. 3 per gli elementi più pesanti. Questo PTE è piuttosto diverso da quello del rif. 94 fatto al livello Dirac-Hartree-Fock e dentro c, ad esempio, la riga 6f va da Z = 141 a Z = 155 e la riga 5g va da Z = 121 a Z = 138. Per Z = 168, rif. 93 ha mostrato che la variazione di energia a causa dei diversi metodi utilizzati per valutare la correlazione elettronica può cambiare il livello dello stato fondamentale tra 9s p8 9p J ( = 1) 1/2 2 3/2 1/2 e 9s p8 9p J ( = 1) 1/2 3/2
2 1/2. Utilizzando il Dirac multi-configurazione “MDFGME” , Hartree-Fock e aggiungendo tutte le eccitazioni singole, doppie e triple
da 8s 28p4 9s 2 agli orbitali 9p, 8d e 7f, con l'interazione Breit trattata completamente autoconsistente, porta a 9s p8 9p J ( = 0) 1/2 2
1/2 2 1/2 2 si ha lo stato fondamentale della configurazione. La stessa configurazione dello stato fondamentale è ottenuta
utilizzando l'operatore di Breit e il potenziale di Uehling in modo perturbativo. Tuttavia, utilizzando in modo coerente l'operatore Breit e il termine Uelhing si ha una perturbazione porta a 9s 8 9 ppp8 (J = 1) 1/2 2 1/2 2 1/2 3/2 stato fondamentale. Ancora, la differenza di energia tra i diversi possibili stati fondamentali è piuttosto piccola rispetto all'energia di correlazione, limitando fortemente la possibilità di prevedere il corretto stato fondamentale. Miglioramenti in termini di metodi di correlazione elettronica per comprendere meglio quale contributo impatti meglio sui livelli energetici sono, quindi, altamente desiderabili. I calcoli della struttura elettronica sono limitati a Z ≈ 171 e oltre questa carica nucleare, l'equazione radiale di Dirac prevede che nel livello 1s il guscio si fonda con il continuum dell'energia negativa. È stato sostenuto che la risonanza di un orbitale vuoto con il continuo potrebbe portare al decadimento spontaneo del vuoto in un positrone e un elettrone. L'osservazione e la misurazione di tale processo porterebbe a una comprensione molto migliore del vuoto QED e della fisica dei campi forti, inclusa la produzione di coppie nei buchi neri.
Questo regime critico può essere raggiunto, ad esempio, dalla collisione di due nuclei di uranio. Sono stati effettuati calcoli teorici per distinguere la creazione spontanea della coppia da quella creazione di coppie dinamiche, l'ultima delle quali è indotta da un forte campo elettrico dipendente dal tempo creato dai nuclei in collisione. Se ciò implica la fine del PTE dal punto di vista elettronico questo è ancora in discussione.
A nostro avviso, una shell piena di 1 incorporata nel file nel continuum di energia negativa deve essere descritta all'interno di un Hilbert "truccato" da formalismo spaziale e, da un punto di vista elettronico, non c'è fine al PTE. Si spera in una teoria quantistica per multielettroni. I sistemi possono essere sviluppati con successo per tali stati di immersione esotici (vedere rif. 9 per discussioni più dettagliate).

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[Aldebaran]

Chimica dell'analisi di "un solo atomo alla volta".

Tutti gli studi riguardanti gli elementi prodotti con acceleratori devono affrontare tassi di produzione molto bassi e brevi vite nucleari; ciò implica esperimenti con singoli atomi concernenti le sezioni trasversali e le emivite nella regione SHE che generalmente diminuiscono con la crescente carica nucleare. I primi transattinidi (cioè gli elementi oltre gli attinidi) come 104Rf sono stati studiati in modo più approfondito
nella fase gassosa e liquida. Nella fase liquida, in cui avviene la formazione nel suo complesso, questi studi hanno ottenuto l'accesso al composto
e quindi a capirne meglio la stabilità, il comportamento all'idrolisi e ai raggi ionici. Le conclusioni sono state ricavate dal confronto con dei dati ottenuti per gli elementi più pesanti con quelli dei loro omologhi più leggeri (molto simili), anche utilizzando radioisotopi di breve durata in quantità sufficientemente piccole comprese nel regime in cui i singoli atomi non possono interagire con gli altri dello stesso tipo loro. Per ottenere dati comparativi di maggiore impatto, è necessario garantire questo che questi studi, di tutti gli omologhi , vengano condotti in condizioni identiche.
Recenti esperimenti stano progredendo verso elementi sempre più pesanti, accessibili a ritmi di produzione minuscoli e con tempi di dimezzamento di circa un secondo. I transattinidi più leggeri, tuttavia, possono essere prodotti a ritmi relativamente elevati, e sono noti isotopi con emivite più lunghe, di decine di secondi. Pertanto, sono possibili studi che danno accesso a un insieme più ampio di sistemi chimici osservabili. Il rilevamento dei singoli atomi si basa sempre sul rilevamento inequivocabile del decadimento nucleare - molto spesso catene di decadimento α.
Negli studi in fase liquida, il liquido deve essere condotto prima allo stato gassoso. È possibile eseguire la misurazione α. Questo passaggio piuttosto dispendioso in termini di tempo ha finora impedito studi su elementi oltre 106Sg ma ha ispirato progressi tecnici, che aprono nuove strade per gli studi futuri direttamente sulla fase liquida. Negli studi in fase gassosa, storicamente, l’attenzione si è concentrata sulla semplicità dei
composti volatili come gli alogenuri SHE in cui si trova l'SHE nello stato di ossidazione più elevato. I progressi tecnici hanno consentito la sintesi di una nuova classe di composti, un composto carbonilico Sg, caratterizzato da un legame metallo-carbonio tipico di un composto organometallico. Il lavoro procede verso la caratterizzazione dell'energia di dissociazione del primo legame iniziato, mantenendo la promessa di fornire una nuova visione dell'influenza di effetti relativistici sul comportamento chimico di questo SHE. Ulteriore lavori hanno dimostrato che esistono anche complessi carbonilici mononucleari nei gruppi 7–9 del PTE, aprendo così una strada per la nuova sostanza chimica , dalla caratterizzazione ancora inedita, 109Mt (rif. 113).
Gli esperimenti chimici rivolti ad “ un atomo per volta” si basano fortemente sulle previsioni teoriche derivanti dai calcoli della struttura atomica e molecolare.
Tuttavia, a differenza dei calcoli della struttura atomica, i metodi basati sulla teoria della funzione d'onda per molecole di grandi dimensioni o sistemi infiniti come lo stato solido o gli studi di assorbimento (cromatografico) su superfici diventano computazionalmente irrealizzabili e si deve
ricorrere alla meno accurata teoria relativistica del funzionale della densità (DFT)114,115 o metodi semi-empirici. Poiché esiste una varietà di densità di approssimazioni funzionali intorno al 116, è consigliabile testare le loro prestazioni confrontandole con accurati calcoli relativistici ab initio o con dati sperimentali disponibili per i membri del gruppo più leggeri117-120. Inoltre, negli studi di adsorbimento SHE su superfici specifiche come l'oro o il quarzo, è necessario includere le interazioni di dispersione di tipo London121, ad esempio, attraverso il DFT122 con correzione della dispersione del Grimme (per applicazioni su DFT relativistico con correzione della dispersione su SHE , studi sull'assorbimento, vedere rif. 121.123.124). In un futuro basato sul calcolo computazionale la sfida sarà quella di modellare accuratamente la dinamica dell'assorbimento con
superfici realistiche, come presenti nell'esperimento, per ottenere risultati affidabili dai dati termodinamici. Le superfici in tali esperimenti sono spesso superfici non ideali come Au (111) considerate nel lavoro teorico. Per ad esempio, un'analisi della superficie dell'Au presente negli studi sull'assorbimento di Fl ha rivelato che questo è costituito principalmente da grani di Au policristallini e alcuni cristalliti epitassiali Au(111) ben ordinati.
I progressi nella regione degli elementi più pesanti dipendono da sistemi chimici automatizzati che garantiscono la massima efficienza per gli studi
con isotopi che vivono meno di un secondo. Una strada di successo è basata sulla pre separazione fisica dei prodotti della fusione nucleare da
sottoprodotti indesiderati della reazione nucleare che potrebbero interferire con il rilevamento inequivocabile di un singolo atomo. Atomi singoli pre separati vengono termalizzati nel gas, si fa la gascromatografia, in cui la colonna cromatografica è costituita da rivelatori al silicio atti a registrare il decadimento nucleare. I rilevatori sono ricoperti da sottili strati del materiale prescelto su cui si poggia e avviene un processo cromatografico, cioè si utilizzano principalmente oro e ossido di silicio, con il selenio in fase di studio come ulteriore opzione. L'approccio ha consentito studi anche sul 114Fl. Sondare l'interazione con la forza con una superficie dorata ha portato ad alcune controversie: se Fl si comporti come un gas raro129 o come un metallo130 questo ancora non si sa; nuovi dati puntano verso un'ipotesi di carattere più metallico125, in contrasto con le previsioni precedenti131, ma in linea con il lavoro teorico120,121,132. Tuttavia, bisogna stare attenti perchè, proprio come per Hg (rif. 133), il legame tra gli atomi di Fl dovrebbe essere del tipo Van der Waals, ma allo stato solido dovrebbe essere un metallo o un semiconduttore con una banda proibita molto piccola120. Questi sono i metodi sperimentali che in linea di principio promettono di consentire lo studio di 113Nh e 115Mc ma poi raggiungeranno i loro limiti come i tempi di dimezzamento degli isotopi 116Lv, conosciuti con la vita più lunga, sono nell'ordine delle decine di millisecondi. Il passaggio che richiede più tempo delle configurazioni attuali è il processo di termalizzazione e lavaggio della camera di termalizzazione.
Ciò procede molto più velocemente se vengono applicati campi elettrici che guidano gli ioni verso il canale cromatografico134, con corrente esplorativa (setup) con cui si raggiungono tempi di estrazione di circa 55 ms135. Sistemi altamente ottimizzati136 e progressi in altre tecniche come il vuoto , la cromatografia137 promette di ridurre ulteriormente questo tempo. Una volta che questi gli sviluppi giungono a buon fine, gli studi chimici di 116Lv, prodotto con la reazione 48Ca + 248Cm138–140 e 117T, prodotti nella reazione 48Ca + 249Bk reazione141,142, saranno a portata di mano. Oltre a emivite sempre più brevi, sono necessarie ulteriori sfide volte a realizzare progressi in questa direzione. Le attuali configurazioni cromatografiche funzionano a temperature della colonna di massimo 35 °C, come indicato dalla temperatura massima di funzionamento dei rilevatori a base di silicio per la radiazione nucleare. Lo sviluppo di compatibilità ad alta temperatura, rilevatori, basati su materiali come il monocristallo di grado elettronico , i rilevatori chimici di diamanti depositati da vapore143, consentiranno di attuare studi più dettagliati di elementi p-block più reattivi e pesanti. Sebbene lo stato elementare è di gran lunga la speciazione più probabile per elementi piuttosto inerti 112Cn (rif. 144) e 114Fl (rif. 120,125,129), supportati secondo calcoli teorici123, questo è diverso per gli altri elementi del blocco p. Nel caso di 113Nh, oltre allo stato elementare, c'è l'idrossido ed è stata suggerita la presenza di una molecola in esperimenti precedenti145–148 e deve essere considerata negli elementi più pesanti 115Mc, 116Lv e 117Ts. Pertanto, correggere la speciazione sarà importante negli studi futuri di questi elementi. Ingenuamente ci si potrebbe aspettare che il prossimo membro del gruppo dei gas nobili, 118Og, si comporterebbe in modo simile a Rn. Questo elemento è diventato il fulcro di un intenso lavoro teorico117,119,150–152.
In linea con la crescente reattività chimica di questo gruppo, ma in contrasto con l'idea che Og sia un vero gas nobile, suggerisce la teoria
che Og mostri un'affinità elettronica positiva152–154 e non è né nobile né un gas119. Dovrebbe anche essere più reattivo nei confronti dell’Au rispetto ad Rn, e forse anche formerà OgOH (rif. 149,155). Questo potrebbe essere sondato in esperimenti simili a quelli già eseguiti. Tuttavia, è stato rilevato solo un singolo isotopo di questo elemento finora, 294Og con un tempo di dimezzamento di circa 1 ms (rif. 156), che è attualmente
fuori dalla portata anche del più avanzato attualmente concepibile per gli esperimenti di chimica. Si prevede che gli isotopi Og avranno una vita più lunga. Esistono, con le emivite che aumentano con l'aumento del numero di neutroni, in accordo con l'andamento sperimentale osservato nelle catene isotopiche intorno a numeri di neutroni simili da 110D a 117T (vedere riquadro nella Figura del riquadro 1 relativa all'andamento degli elementi a Z pari). Più ricchi di neutroni e potenzialmente più longevi, si prevede che gli isotopi Og siano accessibili nelle reazioni con nuclei bersaglio di Cf più ricchi di neutroni, incluso 250Cf e 251Cf. I campioni con quantità moderate (sulla scala dei milligrammi) sono disponibili in una miscela isotopica con 249Cf come residui del 252Cf ereditati da fonti di fissione spontanea, in cui la vita relativamente breve 252Cf è decaduta. Tuttavia, un primo esperimento di ricerca utilizzando tale file per il target a isotopi misti ha osservato solo 294Og, probabilmente dal 249Cf come componente nel target. Diventano fattibili studi più sensibili una volta che l' intensità di fasci ionici più elevati verranno erogati di routine dagli impianti di generazione non appena diventeranno operativi. Stabilire capacità di separazione della massa degli attinidi adatte a fornire bersagli isotopicamente puri di Cf, l'elemento più pesante disponibile in sufficiente quantità, darebbero un notevole impulso a tali sforzi.
Possiamo spingere la chimica dell'atomo alla volta anche oltre i 118Og? Speriamo che gli elementi almeno fino a Z = 126 potessero essere prodotti nel
futuro e alcuni potrebbero diventare accessibili agli esperimenti chimici.
Nel frattempo, gli studi teorici sono l’unico modo per fare previsioni delle proprietà fisiche e chimiche degli elementi oltre Og.
È evidente che tali calcoli saranno impegnativi da un punto di vista computazionale poiché gli effetti della QED e della correlazione elettronica e devono essere adeguatamente contabilizzati, negli atomi e nelle molecole. In caso di successo, si possono fare previsioni più accurate su dove posizionare l'SHE nel PTE.

[Aldebaran]

Figura 2 | Il contributo principale alle configurazioni dello stato fondamentale degli elementi superpesanti mediante il metodo DCBQ-CI293. Le zone blu indicano gli orbitali occupati e quelli gialli rappresentano gli orbitali parzialmente riempiti. Viene sottolineata la posizione degli atomi all'interno della tavola periodica degli elementi mediante l'uso di bordi in grassetto. Le caselle rosse mostrano i sei elementi, che non possono esserlo
collocato inequivocabilmente nel PTE93.

[Aldebaran]

Figura 3 | Un tentativo di posizionare gli elementi superpesanti nel PTE secondo la Fig. 2. l'elemento Z = 145 è evidenziato in rosso, che è posizionato due volte. Non è possibile stabilire il posizionamento degli elementi Z = 121, 122, 123, 124 e 168 in maniera inequivocabile. Nell'ottavo periodo alcune voci sono doppiamente occupate, mentre altre rimangono vacanti. Ciò evidenzia la ripartizione della periodicità nel PTE per gli elementi più pesanti. La quindicesima voce del blocco f rappresenta il primo slot del blocco d che viene lasciato vacante per indicare la posizione degli inserti del blocco f.