Superando el límite de la tabla periódica con elementos superpesados

Un grupo internacional de físicos discute el límite de la tabla periódica y la revisión del concepto de "isla de estabilidad" con recientes avances en la investigación de elementos superpesados.

¿Cuál es el núcleo más pesado y el átomo más pesado y cuáles son sus propiedades? Los núcleos de elementos químicos con más de 103 protones se denominan "superpesados". Forman parte de un vasto territorio desconocido de estos núcleos que los científicos están intentando descubrir. Explorar este territorio inexplorado ofrece perspectivas de descubrimientos que conectan amplias áreas de la ciencia.

Se están construyendo nuevas instalaciones experimentales para ayudar a los científicos a descubrir las propiedades de los átomos y sus núcleos en un régimen de cantidades muy grandes de electrones, protones y neutrones. Las instalaciones crearán nuevos elementos y nucleidos en los límites de número atómico y masa. Las tasas de producción de núcleos superpesados son extremadamente bajas.

Los datos físicos y químicos obtenidos de estos experimentos han indicado desviaciones de elementos e isótopos más ligeros. Esto permite a los científicos preguntarse hasta qué punto se pueden ampliar los límites de la tabla periódica de los elementos y de la tabla de nucleidos. Evaluar la existencia de la "península de estabilidad extendida", donde los núcleos superpesados podrían tener vidas más allá de la muy corta descubierta hasta ahora, es también un objetivo científico.

Además, el progreso de la teoría de la estructura atómica se centra en los elementos superpesados y sus configuraciones electrónicas del estado fundamental predichas, que son importantes para la ubicación de un elemento en la tabla periódica.

"Debido a la presencia de enormes fuerzas electrostáticas, los electrones en los átomos superpesados se mueven a velocidades cercanas a la de la luz", dijo en un comunicado Witek Nazarewicz, científico jefe del FRIB (Fondo para Haces de Isótopos Raros), que participa en la iniciativa. "Además, las fuerzas de Coulomb muy fuertes en los núcleos superpesados dan lugar a nuevos efectos. Este es un nuevo juego de pelota para la teoría atómica y nuclear", añadió este autor de la investigación, publicada en Nature Review Physics.

En FRIB, ubicado en la Universidad de Michigan State, los científicos estudiarán formas de llegar a núcleos superpesados ubicados más cerca de la región de mayor estabilidad. Muchos núcleos superpesados no pueden medirse actualmente, por lo que la información sobre ellos debe provenir de extrapolaciones teóricas. Los teóricos nucleares del FRIB llevan a cabo predicciones para núcleos superpesados utilizando modelos avanzados ayudados por computación de alto rendimiento y aprendizaje automático.

El estudio de la tabla periódica de elementos y el paisaje nuclear en la región superpesada generará nuevas ideas y métodos que tendrán un impacto en la física nuclear y atómica, la astrofísica y la química.