استخدم علماء مختبر بيركلي حزمًا من التيتانيوم لتكوين ذرات العنصر 116. ولا يمثل هذا طريقة جديدة لصنع عناصر نادرة للغاية فحسب، بل إنه أيضًا دليل على مفهوم أنهم قد يتمكنون قريبًا من صنع العنصر 120 الذي لم يتم اكتشافه بعد، والذي قد يكون مستقرًا.
يرتب الجدول الدوري العناصر حسب عددها الذري، وهو عدد البروتونات الموجودة في نواة ذرة كل عنصر. في حين أن العناصر الـ 94 الأولى في القائمة موجودة جميعها في الطبيعة، إلا أنه لا يمكن إنشاء العناصر الأثقل منها في المختبر إلا عن طريق دمج العناصر الموجودة معًا.
على الورق، يبدو هذا بسيطًا نسبيًا: إذا كنت تريد عنصرًا له عدد ذري محدد، فما عليك سوى دمج عنصرين آخرين لهما نفس العدد الإجمالي للبروتونات معًا. على سبيل المثال، لإنشاء عنصر الأوجان، الذي يحتوي على 118 بروتونًا، يطلق العلماء عادةً شعاعًا من الكالسيوم (الذي يحتوي على 20 بروتونًا) على هدف مصنوع من الكاليفورنيوم (الذي يحتوي على 98 بروتونًا).
هذه هي الطريقة التي تم بها في الأصل تصنيع العناصر فائقة الثقل من 112 إلى 118. ومن المتوقع أن يكون هناك المزيد من العناصر خارج حواف الجدول الدوري، ولكن لسوء الحظ، الكاليفورنيوم هو أثقل عنصر يمكن استخدامه كهدف - العناصر التالية كلها غير مستقرة للغاية.
لذا، إذا لم تتمكن من تغيير الهدف، قم بتغيير المقذوف. وهذا ما فعله فريق مختبر بيركلي الآن، من خلال تعزيز الشعاع من الكالسيوم إلى التيتانيوم، الذي يحتوي على 22 بروتونًا، للحصول على بروتونين إضافيين. ومع ذلك، فإن القيام بذلك ليس سهلاً كما يبدو.
أولاً، تتطلب العملية التيتانيوم 50، وهو نظير نادر يمثل حوالي 5% فقط من إجمالي التيتانيوم الموجود طبيعيًا على الأرض. يتم بعد ذلك تسخين التيتانيوم-50 في فرن متخصص، مما يؤدي إلى رفع درجة الحرارة إلى ما يقرب من 3000 درجة فهرنهايت (1649 درجة مئوية)، مما يتسبب في تبخر التيتانيوم. يقوم المصدر الأيوني بإنشاء بلازما تيتانيوم مشحونة، والتي يتم بعد ذلك معالجتها في شعاع يتم إطلاقه على الهدف.
كانت هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها استخدام شعاع التيتانيوم في تجربة مماثلة، ولاختبار مدى نجاحه، أطلق الفريق شعاعه على هدف مصنوع من البلوتونيوم، والذي يحتوي على 94 بروتونًا. وأدى ذلك إلى العنصر 116، "الأسماك". من المؤكد أن الفريق اكتشف هذا العنصر بعيد المنال، وإن كان نادرًا جدًا: تم إنتاج ذرتين فقط خلال 22 يومًا من التجارب.
ومع وجود هذا الدليل على المفهوم، يخطط الفريق الآن لاستخدام حزم التيتانيوم للبحث عن العنصر الافتراضي 120. ويمكن تحقيق ذلك عن طريق إطلاق التيتانيوم على هدف كاليفورنيوم - على الرغم من أنه من المتوقع أن يكون هذا أكثر ندرة.
وقال راينر كروكن، مدير قسم العلوم النووية في مختبر بيركلي: "نعتقد أن تصنيع 120 سيستغرق حوالي 10 أضعاف الوقت الذي يستغرقه تصنيع 116". "لن يكون الأمر سهلاً، ولكن يبدو الآن أنه ممكن".
ومن المتوقع أنه إذا تم اكتشاف العنصر 120، فإنه سيكون معدنًا قلويًا ترابيًا (أو "Unbinilium") وسينضم إلى العنصر 119 غير المكتشف أيضًا في الصف الثامن الفارغ حاليًا من الجدول الدوري.
لكن الشيء الأكثر إثارة هو أن العنصر 120 من المحتمل أن يكون موجودًا في "جزيرة الاستقرار". عادةً ما تتمتع العناصر فائقة الثقل بنصف عمر قصير، مما يعني أنها تضمحل خلال أجزاء من الثانية، مما يجعل دراستها صعبة ومن المستحيل استخدامها لأي غرض عملي. ومع ذلك، فمن المتوقع أن تحتوي نظائر معينة من هذه العناصر على العدد المناسب من النيوترونات لموازنة العملية برمتها، مما يجعلها مستقرة لمدة دقائق أو حتى أيام. إذا كان الأمر كذلك، فقد يصبح العنصر 120 هو العنصر الجديد الأكثر فائدة الذي تم إنشاؤه في وقت ما.
يمكن للباحثين بدء التجارب في وقت مبكر من عام 2025، على الرغم من أنه قد يستغرق الأمر عدة سنوات قبل إنتاج أي ذرات من العنصر 120.
تم تقديم البحث إلى مجلة Physical Review Letters.