A medida que se acerca el 150 aniversario de la formulación de la Tabla Periódica de Elementos Químicos, un profesor de la Universidad Estatal de Michigan investiga los límites de la tabla en un reciente Perspectiva de la física de la naturaleza .

El próximo año marcará el 150 aniversario de la formulación de la tabla periódica creada por Dmitry Mendeleev. Respectivamente, las Naciones Unidas proclamaron 2019 como el Año Internacional de la Tabla Periódica de Elementos Químicos (IYPT 2019). A los 150 años, la mesa sigue creciendo. En 2016, se le añadieron cuatro nuevos elementos:nihonium, moscovio tennessine, y oganesson. Sus números atómicos (el número de protones en el núcleo que determina sus propiedades químicas y su lugar en la tabla periódica) son 113, 115, 117, y 118, respectivamente.

Se necesitó una década y un esfuerzo mundial para confirmar estos últimos cuatro elementos. Y ahora los científicos se preguntan:¿hasta dónde puede llegar esta tabla? Algunas respuestas se pueden encontrar en un Perspectiva de la física de la naturaleza por Witek Nazarewicz, Hannah, profesora distinguida de física en la MSU y científica en jefe de la instalación de haces de isótopos raros.

Todos los elementos con más de 104 protones están etiquetados como "superpesados", y son parte de una vasta, tierra totalmente desconocida que los científicos están tratando de descubrir. Se predice que los átomos con hasta 172 protones pueden formar físicamente un núcleo que está unido por la fuerza nuclear. Esa fuerza es la que evita su desintegración, pero solo por unas pocas fracciones de segundo.

Estos núcleos hechos en laboratorio son muy inestables, y decaen espontáneamente poco después de su formación. Para los más pesados ​​que Oganesson, esto puede ser tan rápido que les impide tener tiempo suficiente para atraer y capturar un electrón para formar un átomo. Pasarán toda su vida como congregaciones de protones y neutrones.

Si ese es el caso, esto desafiaría la forma en que los científicos definen y entienden hoy los "átomos". Ya no pueden describirse como un núcleo central con electrones orbitando alrededor de él como los planetas orbitan alrededor del sol.

Y en cuanto a si estos núcleos pueden formarse en absoluto, sigue siendo un misterio.

Los científicos se están acercando lenta pero seguramente a esa región, sintetizar elemento por elemento, sin saber cómo se verán, o donde va a ser el final. La búsqueda del elemento 119 continúa en varios laboratorios, principalmente en el Instituto Conjunto de Investigaciones Nucleares de Rusia, en GSI en Alemania, y RIKEN en Japón.

"La teoría nuclear carece de la capacidad de predecir de forma fiable las condiciones óptimas necesarias para sintetizarlas, así que tienes que hacer conjeturas y ejecutar experimentos de fusión hasta que encuentres algo. De este modo, podrías correr por años, "dijo Nazarewicz.

Aunque la nueva instalación para haces de isótopos raros en MSU no va a producir estos sistemas superpesados, al menos dentro de su diseño actual, podría arrojar luz sobre qué reacciones se podrían utilizar, empujando los límites de los métodos experimentales actuales. Si se confirma el elemento 119, agregará un octavo período a la tabla periódica. Esto fue capturado por el haiku Elemental de Mary Soon Lee:¿Se levantará el telón? / ¿Abrirás el octavo acto? / ¿Reclamarás el centro del escenario?

Nazarewicz dijo que el descubrimiento podría no estar muy lejos:"Pronto. Podría ser ahora, o en dos o tres años. No lo sabemos. Los experimentos están en curso ".

Queda otra pregunta interesante. ¿Se pueden producir núcleos superpesados ​​en el espacio? Se cree que estos se pueden realizar en fusiones de estrellas de neutrones, una colisión estelar tan poderosa que literalmente sacude el tejido mismo del universo. En entornos estelares como este, donde abundan los neutrones, un núcleo puede fusionarse con más y más neutrones para formar un isótopo más pesado. Tendría el mismo número de protones, y por lo tanto es el mismo elemento, pero más pesado. El desafío aquí es que los núcleos pesados ​​son tan inestables que se descomponen mucho antes de agregar más neutrones y formar estos núcleos superpesados. Esto dificulta su producción en estrellas. La esperanza es que a través de simulaciones avanzadas, los científicos podrán "ver" estos elusivos núcleos a través de los patrones observados de los elementos sintetizados.

A medida que avanzan las capacidades experimentales, Los científicos buscarán estos elementos más pesados ​​para agregarlos a la mesa remodelada. Mientras tanto, sólo pueden preguntarse qué aplicaciones fascinantes tendrán estos sistemas exóticos.

"No sabemos cómo se ven, y ese es el desafío ", dijo Nazarewicz. "Pero lo que hemos aprendido hasta ahora podría significar el final de la tabla periódica tal como la conocemos".

MSU está estableciendo FRIB como una nueva instalación de usuarios científicos para la Oficina de Física Nuclear en la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE. UU. En construcción en el campus y operado por MSU, FRIB permitirá a los científicos hacer descubrimientos sobre las propiedades de isótopos raros para comprender mejor la física de los núcleos, astrofísica nuclear, interacciones fundamentales, y aplicaciones para la sociedad, incluso en medicina, seguridad nacional e industria.