Un equipo de científicos que trabaja en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) ha descubierto una nueva forma del mendelevio, un elemento creado por el hombre. El isótopo recién creado, mendelevio-244, es la forma 17 y más ligera de mendelevio, que es el elemento 101 en la tabla periódica.

Mendelevium fue creado por primera vez por científicos de Berkeley Lab en 1955 (ver un video relacionado), y se encuentra entre una lista de otros 16 elementos que los científicos de Berkeley Lab descubrieron o ayudaron a descubrir. Un isótopo es una forma de un elemento con más o menos neutrones (partículas sin carga) en su núcleo atómico que otras formas de un elemento.

En el último descubrimiento, el equipo utilizó el ciclotrón de 88 pulgadas de Berkeley Lab, que acelera potentes haces de partículas cargadas en los objetivos para crear átomos de elementos más pesados, para hacer mendelevio-244. Un ciclotrón es un tipo de acelerador de partículas que fue inventado por el homónimo del laboratorio, Ernest O. Lawrence, en 1930.

Los equipos dirigidos por Berkeley Lab han descubierto 12 de los 17 isótopos del mendelevio, y han descubierto un total de 640 isótopos, aproximadamente una quinta parte de todos los isótopos conocidos y, con mucho, el recuento más alto para una sola institución. Al cierre de 2019 había 3, 308 isótopos conocidos. El nuevo descubrimiento de isótopos es el primero realizado por un equipo dirigido por Berkeley Lab desde 2010.

"Fue un desafío descubrir este nuevo isótopo de mendelevio porque todos los isótopos de mendelevio vecinos tienen propiedades de desintegración muy similares, "dijo Jennifer Pore, un científico del proyecto del Laboratorio de Berkeley que dirigió el estudio que detalla el descubrimiento del isótopo. La desintegración alfa describe el proceso por el cual un elemento radiactivo como el mendelevio se descompone en elementos más ligeros con el tiempo.

En total, el equipo midió las propiedades de 10 átomos de mendelevio-244 para el estudio, que apareció hoy en la revista Cartas de revisión física .

"Cada isótopo representa una combinación única de protones y neutrones, ", Dijo Pore." Cuando se descubre un nuevo isótopo, esa combinación particular de protones (partículas con carga positiva) y neutrones nunca se ha observado. Los estudios de estas combinaciones extremas son fundamentales para nuestra comprensión de toda la materia nuclear ".

Además de descubrir el nuevo isótopo, El trabajo del equipo de investigación también proporcionó la primera evidencia directa de un proceso de desintegración que involucra un isótopo del elemento berkelio. El equipo incluía científicos de UC Berkeley, Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, Universidad Estatal de San José, y la Universidad de Lund de Suecia.

Los investigadores encontraron evidencia de que el mendelevio-244 tiene dos cadenas separadas de descomposición, cada uno de los cuales conduce a una vida media diferente:0,4 segundos y 6 segundos, basado en diferentes configuraciones energéticas de partículas en su núcleo. Una vida media es el tiempo que tarda el número de átomos de un elemento radiactivo en reducirse a la mitad cuando sus núcleos se desintegran en otros. núcleos más ligeros.

En una medición separada derivada del mismo estudio, los investigadores encontraron la primera evidencia del proceso de desintegración alfa del berkelio-236, un isótopo del elemento berkelio, a medida que se transforma en americio-232, un isótopo ligeramente más ligero. El berkelio fue descubierto en 1949 por un equipo dirigido por Berkeley Lab.

Un elemento central del descubrimiento del isótopo fue un instrumento en el ciclotrón de 88 pulgadas llamado FIONA, o Para la identificación del nucleido A. La "A" en FIONA representa el número de masa de un elemento, que es el número total de protones (partículas con carga positiva) y neutrones (partículas sin carga) en el núcleo de un átomo. El número de masa del nuevo isótopo es 244.

"La herramienta más importante que tuvimos en este descubrimiento fue FIONA, "dijo Pore, quien también fue parte del equipo que ayudó en las pruebas y puesta en marcha de FIONA. FIONA midió con precisión el número de masa del nuevo isótopo.

Barbara Jacak, Director de la División de Ciencias Nucleares en Berkeley Lab, dijo, "Creamos FIONA para permitir descubrimientos como este, y es emocionante ver cómo este instrumento alcanza su ritmo ".

Michael Thoennessen, un profesor universitario distinguido en la Universidad Estatal de Michigan que está de licencia para servir como editor en jefe de la Sociedad Estadounidense de Física, mantiene una lista de descubrimientos de isótopos y señala que la lista de nuevos isótopos ha sido más delgada de lo habitual en los últimos años.

"Los descubrimientos de isótopos son cíclicos y dependen de nuevos aceleradores y avances importantes en el desarrollo de equipos experimentales, ", dijo. FIONA de Berkeley Lab y la instalación para haces de isótopos raros (FRIB), una instalación para usuarios del Departamento de Energía de EE. UU. en desarrollo en la Universidad Estatal de Michigan, son capacidades únicas "con un gran potencial de descubrimiento" para diferentes tipos de nuevos isótopos en los EE. UU., El lo notó.

Para garantizar que las mediciones de FIONA fueran precisas, el equipo de investigación primero midió las propiedades de desintegración y el número de masa de los isótopos de mendelevio conocidos, incluido el mendelevio-247, mendelevio-246, y mendelevio-245.

"Una vez que estuvimos seguros de que conocíamos bien las propiedades de estos isótopos ligeros del mendelevio, Intentamos el experimento para descubrir el isótopo mendelevio-244 previamente no observado, ", Dijo Pore." Sin la confirmación directa de que habíamos producido un isótopo con un número de masa de 244, Habría sido muy difícil desentrañar los resultados y probar el descubrimiento ".

Para crear isótopos tan exóticos, incluso la forma más ligera conocida de mendelevio sigue siendo más pesada que el uranio natural, los científicos produjeron un haz de partículas en el ciclotrón de 88 pulgadas que contiene partículas cargadas de argón-40. un isótopo de argón, y dirigió el rayo a un objetivo de lámina delgada compuesta de bismuto-209, un isótopo de bismuto.

Ocasionalmente, en estos experimentos, un núcleo en el haz de partículas de alta energía golpea directamente y se fusiona con un núcleo en la lámina objetivo, produciendo un solo átomo de un elemento más pesado. Y para un isótopo con una vida media muy corta, es una carrera para tomar medidas de un átomo antes de que se descomponga en otra cosa.

El ciclotrón de 88 pulgadas de Berkeley tiene otra herramienta aguas arriba de FIONA que se llama Separador relleno de gas de Berkeley. El separador ayuda a extraer los átomos relevantes que se pueden medir rápida e individualmente en detalle con FIONA.

Los investigadores pueden realizar otros estudios del mendelevio-244 con otra instrumentación para tratar de aprender más sobre su estructura. Dijo Pore.

Y ahora que FIONA ha demostrado su valor en el descubrimiento de isótopos, Los investigadores de Berkeley Lab están apuntando a otros nuevos isótopos. "Ya estamos planeando estudios similares a lo largo de otras cadenas isotópicas para descubrir nuevos isótopos, "Dijo Pore.