Los elementos superpesados ​​son intrigantes sistemas cuánticos nucleares y atómicos que desafían el sondeo experimental ya que no ocurren en la naturaleza y, cuando se sintetiza, desaparecer en segundos. Llevar la vanguardia de la investigación de la física atómica a estos elementos requiere avances revolucionarios hacia técnicas de espectroscopía atómica rápidas con extrema sensibilidad. Un esfuerzo conjunto dentro del programa de Investigación e Innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea y dirigido por el Dr. Mustapha Laatiaoui de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) culminó en una propuesta de espectroscopia óptica:la llamada cromatografía por resonancia láser (LRC) debería permitir tales investigaciones incluso en cantidades de producción diminutas. La propuesta ha sido publicada recientemente en dos artículos en Cartas de revisión física y Revisión física A .

Los elementos superpesados ​​(SHE) se encuentran en la parte inferior de la tabla periódica de elementos. Representan un terreno fértil para el desarrollo de la comprensión de cómo estos átomos exóticos pueden existir y funcionar cuando se unen un número abrumador de electrones en las capas atómicas y protones y neutrones en el núcleo. Se puede obtener información sobre su estructura electrónica a partir de experimentos de espectroscopía óptica que revelan espectros de emisión específicos de elementos. Estos espectros son potentes puntos de referencia para los cálculos de modelos atómicos modernos y podrían ser útiles, por ejemplo, cuando se trata de buscar rastros de elementos aún más pesados, que podría crearse en eventos de fusión de estrellas de neutrones.

El enfoque LRC combina diferentes métodos

Aunque las SHE se descubrieron hace décadas, su investigación mediante herramientas de espectroscopía óptica queda muy por detrás de la síntesis. Esto se debe a que se producen a velocidades extremadamente bajas a las que los métodos tradicionales simplemente no funcionan. Hasta aquí, la espectroscopia óptica termina en el nobelio, elemento 102 en la tabla periódica. "Las técnicas actuales están al límite de lo que es factible, "explicó Laatiaoui. A partir del siguiente elemento más pesado, las propiedades fisicoquímicas cambian abruptamente e impiden el suministro de muestras en estados atómicos adecuados ".

Junto con colegas de investigación, por lo tanto, el físico ha desarrollado el nuevo enfoque LRC en espectroscopía óptica. Esto combina la selectividad de elementos y la precisión espectral de la espectroscopia láser con la espectrometría de masas de movilidad iónica y combina los beneficios de una alta sensibilidad con la "simplicidad" del sondeo óptico como en la espectroscopia de fluorescencia inducida por láser. Su idea clave es detectar los productos de las excitaciones ópticas resonantes no sobre la base de la luz fluorescente como es habitual, pero basado en su tiempo de deriva característico a un detector de partículas.

En su trabajo teórico, los investigadores se centraron en el lawrencio de carga única, elemento 103, y en su homólogo químico más ligero. Pero el concepto ofrece un acceso incomparable a la espectroscopia láser de muchos otros iones monoatómicos en la tabla periódica. en particular de los metales de transición, incluidos los metales refractarios de alta temperatura y los elementos más allá del lawrencio. Otras especies iónicas como el torio de carga triple también estarán al alcance del enfoque LRC. Es más, el método permite optimizar las relaciones señal / ruido y, por lo tanto, facilitar la espectrometría de movilidad iónica, química de iones seleccionados por estado, y otras aplicaciones.

El Dr. Mustapha Laatiaoui llegó a la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz y al Instituto Helmholtz de Mainz (HIM) en febrero de 2018. A finales de 2018, recibió una ERC Consolidator Grant del European Research Council (ERC), una de las subvenciones de financiación más valiosas de la Unión Europea, por su investigación sobre los elementos más pesados ​​utilizando espectroscopía láser y espectroscopía de movilidad iónica. Las publicaciones actuales también incluyeron trabajos que Laatiaoui había realizado anteriormente en GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung en Darmstadt y en KU Leuven en Bélgica.