Obtener una mejor comprensión de los factores limitantes para la existencia de elementos superpesados ​​es una búsqueda de la química y la física de una década. Elementos superpesados, como se llaman los elementos químicos con números atómicos superiores a 103, no ocurren en la naturaleza y se producen artificialmente con aceleradores de partículas. Desaparecen en segundos.

Un equipo de científicos de GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung Darmstadt, Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU), Helmholtz Institute Mainz (HIM) y la Universidad de Jyvaeskylae, Finlandia, dirigido por el Dr. Jadambaa Khuyagbaatar de GSI y HIM, ha proporcionado nuevos conocimientos sobre los procesos de fisión en esos núcleos exóticos y, para ello, ha producido el hasta ahora desconocido núcleo mendelevio-244. Los experimentos fueron parte de "FAIR Phase 0, "la primera etapa del programa experimental FAIR. Los resultados ya se han publicado en la revista Cartas de revisión física .

Los núcleos pesados ​​y superpesados ​​son cada vez más inestables frente al proceso de fisión, en el que el núcleo se divide en dos fragmentos más ligeros. Esto se debe a la repulsión de Coulomb cada vez más fuerte entre la gran cantidad de protones cargados positivamente en tales núcleos, y es una de las principales limitaciones para la existencia de núcleos superpesados ​​estables.

El proceso de fisión nuclear se descubrió hace más de 80 años y se está estudiando intensamente hasta el día de hoy. La mayoría de los datos experimentales sobre la fisión espontánea son para núcleos con números pares de protones y neutrones, llamados "núcleos pares-pares". Los núcleos pares constan enteramente de pares de protones y neutrones y sus propiedades de fisión se pueden describir bastante bien mediante modelos teóricos. En núcleos con un número impar de neutrones o protones, Se ha observado un obstáculo del proceso de fisión en comparación con las propiedades de núcleos pares-pares y se remonta a la influencia de un solo, constituyente no apareado en el núcleo.

Sin embargo, el obstáculo de la fisión en 'núcleos impares, 'que contiene ambos, un número impar de protones y un número impar de neutrones, es menos conocido. Los datos experimentales disponibles indican que el proceso de fisión espontánea en tales núcleos se ve muy obstaculizado, incluso más que en núcleos con un solo tipo de constituyentes de número impar.

Una vez que la probabilidad de fisión se reduce al máximo, otros modos de desintegración radiactiva como la desintegración alfa o la desintegración beta se vuelven probables. En desintegración beta, un protón se transforma en un neutrón (o viceversa) y, respectivamente, los núcleos impares se convierten en núcleos pares, que normalmente tienen una alta probabilidad de fisión. Respectivamente, si se observa una actividad de fisión en experimentos sobre la producción de un núcleo impar, a menudo es difícil identificar si la fisión ocurrió en el núcleo impar, o no más bien a partir de la hija de desintegración beta uniforme, que luego puede sufrir una fisión retardada beta. Recientemente, El Dr. Jadambaa Khuyagbaatar de GSI y HIM predijo que este proceso de fisión con retardo beta puede ser muy relevante para los núcleos más pesados ​​y, de hecho, puede ser uno de los principales modos de desintegración de los núcleos superpesados ​​con desintegración beta.

En núcleos superpesados, que son extremadamente difíciles de producir experimentalmente, la desintegración beta aún no se ha observado de manera concluyente. Por ejemplo, en el caso del elemento más pesado producido en GSI Darmstadt, tennessine (elemento 117), sólo se observaron dos átomos del extraño núcleo tennessine-294 en un experimento que duró aproximadamente un mes. Estas pequeñas tasas de producción limitan la verificación y el estudio detallado del proceso de fisión retardada por desintegración beta. Todavía, Los nuevos datos experimentales para arrojar luz sobre este proceso se obtienen mejor en núcleos exóticos, como los que tienen una relación extremadamente desequilibrada de protones a neutrones. Para esto, el equipo de GSI, JGU, HIM y la Universidad de Jyväskylä han producido el hasta ahora desconocido núcleo mendelevio-244, un núcleo extraño que consta de 101 protones y 143 neutrones.

La estimación teórica sugiere que la desintegración beta de este núcleo será seguida por la fisión en aproximadamente uno de cada cinco casos. Debido a la gran liberación de energía del proceso de fisión, esto se puede detectar con alta sensibilidad, mientras que las desintegraciones beta son más difíciles de medir. Los investigadores utilizaron un haz intenso de titanio-50 disponible en el acelerador UNILAC de GSI para irradiar un objetivo de oro. Los productos de reacción de los núcleos de titanio y oro se separaron en el Separador Transactinide y Química TASCA, que guió los núcleos de mendelevio hacia un detector de silicio adecuado para registrar la implantación de los núcleos, así como su posterior desintegración.

Una primera parte de los estudios, realizado en 2018, condujo a la observación de siete átomos de mendelevio-244. En 2020, los investigadores utilizaron una energía de haz de titanio-50 más baja, que es insuficiente para conducir a la producción de mendelevio-244. En efecto, señales como las asignadas al mendelevio-244 en el estudio de 2018 estaban ausentes en esta parte del conjunto de datos, corroborando la correcta asignación de los datos de 2018 y confirmando el descubrimiento del nuevo isótopo.

Los siete núcleos atómicos registrados sufrieron desintegración alfa, es decir., la emisión de un núcleo de helio-4, que condujo al isótopo hijo einstenio-240, descubierto hace cuatro años por un experimento anterior llevado a cabo en la Universidad de Jyväskylä. No se observó desintegración beta, lo que permite establecer un límite superior en este modo de caída del 14 por ciento. Si la probabilidad de fisión del 20 por ciento de todos los núcleos en descomposición beta fuera correcta, la probabilidad total de fisión retardada beta sería como máximo del 2,8 por ciento y su observación requeriría la producción de sustancialmente más átomos de mendelevio-244 que en este experimento de descubrimiento.

Además del mendelevio alfa-244 en descomposición, los investigadores encontraron señales de eventos de fisión de corta duración con características inesperadas en cuanto a su número, probabilidad de producción, y vida media. Su origen no se puede identificar con exactitud actualmente, y de hecho no es fácilmente explicable con el conocimiento actual de la producción y desintegración de isótopos en la región del mendelevio-244. Esto motiva a realizar estudios de seguimiento para obtener datos más detallados, lo que ayudará a arrojar más luz sobre el proceso de fisión en núcleos extraños.