Cientistas das principais instituições globais estão a avançar a nossa compreensão da tabela periódica, explorando elementos superpesados e a teórica “ilha de estabilidade”. A sua investigação, destacada em prestigiadas publicações científicas, procura desvendar as propriedades de elementos com mais de 103 protões e prever o seu comportamento através de modelos teóricos. Este trabalho promete expandir os limites da tabela periódica e impactar uma série de campos científicos.
Cientistas da Universidade Massey na Nova Zelândia, da Universidade de Mainz na Alemanha, da Universidade Sorbonne na França e do Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) discutem o limite da tabela periódica e a revisão do conceito de “ilha de estabilidade” com recentes avanços na pesquisa de elementos superpesados. O trabalho deles é capa da edição de fevereiro de 2024 Física de Revisão da Natureza.
Em adição a Natureza Revisa Física recurso, Relatórios de Física publicou uma revisão sobre a teoria da estrutura eletrônica atômica para elementos superpesados.
A busca por elementos superpesados
Qual é o núcleo ligado mais pesado e o núcleo ligado mais pesado átomo e quais são suas propriedades? Os núcleos de elementos químicos com mais de 103 prótons são rotulados como “superpesados”. Eles fazem parte de um vasto território desconhecido desses núcleos que os cientistas estão tentando descobrir. Explorar esse território inexplorado oferece perspectivas de descobertas que conectam as amplas áreas da ciência.
Novas instalações experimentais estão a ser construídas para ajudar os cientistas a descobrir as propriedades dos átomos e dos seus núcleos num regime de números muito grandes de electrões, protões e neutrões. As instalações criarão novos elementos e nuclídeos nos limites do número atômico e da massa.
Gráfico de estudo. Crédito: Nature Reviews Physics, fevereiro de 2024, design da capa Susanne Harris
As taxas de produção de núcleos superpesados são extremamente baixas. Os dados físicos e químicos obtidos nessas experiências indicaram desvios de elementos e isótopos mais leves. Isto permite aos cientistas questionar até que ponto as fronteiras da Tabela Periódica dos Elementos e da Tabela dos Nuclídeos podem ser expandidas. Avaliar a existência da “península de estabilidade alargada”, onde núcleos superpesados poderiam ter tempos de vida superiores aos muito curtos descobertos até agora, é também um objectivo científico.
Avanços teóricos e o futuro dos elementos superpesados
Além disso, o progresso da teoria da estrutura atômica concentra-se nos elementos superpesados e nas suas configurações eletrônicas previstas do estado fundamental, que são importantes para a colocação de um elemento na tabela periódica.
“Devido à presença de enormes forças eletrostáticas, os elétrons em átomos superpesados se movem com velocidades próximas à velocidade da luz”, disse um dos autores do artigo, Witek Nazarewicz, John A. Hannah Distinguished Professor of Physics e cientista-chefe do FRIB. “Além disso, forças de Coulomb muito fortes em núcleos superpesados dão origem a novos efeitos. Este é um novo jogo para a teoria atômica e nuclear.”
No FRIB, os cientistas estudarão maneiras de alcançar núcleos superpesados localizados mais próximos da região de maior estabilidade. Muitos núcleos superpesados não podem ser medidos atualmente, portanto as informações sobre eles devem vir de extrapolações teóricas. Os teóricos nucleares do FRIB realizam previsões para núcleos superpesados usando modelos avançados auxiliados por computação de alto desempenho e aprendizado de máquina.
O estudo da Tabela Periódica dos Elementos e da paisagem nuclear na região superpesada gerará novas ideias e métodos que terão impacto na física nuclear e atômica, na astrofísica e na química.
Referências: “A busca por elementos superpesados e o limite da tabela periódica” por Odile R. Smits, Christoph E. Düllmann, Paul Indelicato, Witold Nazarewicz e Peter Schwerdtfeger, 11 de dezembro de 2023, Natureza Revisa Física.
DOI: 10.1038/s42254-023-00668-y
“Empurrando os limites da tabela periódica — Uma revisão sobre a teoria da estrutura eletrônica relativística atômica e cálculos para os elementos superpesados” por OR Smits, P. Indelicato, W. Nazarewicz, M. Piibeleht e P. Schwerdtfeger, 13 de outubro de 2023, Relatórios de Física.
DOI: 10.1016/j.physrep.2023.09.004
Este material é baseado em trabalho apoiado pelo Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Ciência, Escritório de Física Nuclear (DOE-SC), Programa Hubert Curien Dumont d’Urville Nova Zelândia e Fundo Marsden da Royal Society of New Zealand.
A Michigan State University (MSU) opera a Instalação para Feixes de Isótopos Raros (FRIB) como uma instalação de usuário para o Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos EUA (DOE-SC), apoiando a missão do Escritório de Física Nuclear do DOE-SC. A operação das instalações do usuário é apoiada pelo Escritório de Física Nuclear do DOE-SC como uma das 28 instalações do usuário do DOE-SC.
