Isola della stabilità – Alla scoperta di nuovi elementi superpesanti

L’isola della stabilità è quel posto meraviglioso in cui gli isotopi pesanti degli elementi rimangono abbastanza a lungo da essere studiati e usati. L ‘”isola” si trova all’interno di un mare di radioisotopi che si decompongono in nuclei figlie così rapidamente che è difficile per gli scienziati provare l’esistenza dell’elemento, tanto meno usare l’isotopo per un’applicazione pratica.

Storia dell’isola

Glenn T. Seaborg ha coniato la frase “isola di stabilità” alla fine degli anni ‘1960. Utilizzando il modello del guscio nucleare, ha proposto di riempire i livelli di energia di un dato guscio con il numero ottimale di protoni e neutroni massimizzerebbe l’energia di legame per nucleone, consentendo a quel particolare isotopo di avere un’emivita più lunga rispetto ad altri isotopi, che non avevano conchiglie piene. Gli isotopi che riempiono i gusci nucleari possiedono i cosiddetti “numeri magici” di protoni e neutroni.

Trovare l’isola della stabilità

La posizione dell’isola di stabilità è prevista in base alle emivite note degli isotopi e alle emivite previste per gli elementi che non sono stati osservati, sulla base di calcoli che si basano sugli elementi che si comportano come quelli sopra di loro sulla tavola periodica (congeneri) e obbediscono equazioni che tengono conto degli effetti relativistici.

La prova che il concetto di “isola di stabilità” è valido è arrivata quando i fisici sintetizzavano l’elemento 117. Sebbene l’isotopo di 117 decadesse molto rapidamente, uno dei prodotti della sua catena di decadimento era un isotopo di lawrencium che non era mai stato osservato prima. Questo isotopo, lawrencium-266, ha mostrato un’emivita di 11 ore, che è straordinariamente lunga per un atomo di un elemento così pesante. Gli isotopi del lawrencium precedentemente noti avevano meno neutroni ed erano molto meno stabili. Lawrencium-266 ha 103 protoni e 163 neutroni, suggerendo numeri magici non ancora scoperti che possono essere usati per formare nuovi elementi.

Quali configurazioni potrebbero possedere numeri magici? La risposta dipende da chi chiedi, perché è una questione di calcolo e non esiste un insieme standard di equazioni. Alcuni scienziati suggeriscono che potrebbe esserci un’isola di stabilità intorno a 108, 110 o 114 protoni e 184 neutroni. Altri suggeriscono un nucleo sferico con 184 neutroni, ma 114, 120 o 126 protoni potrebbero funzionare meglio. Unbihexium-310 (elemento 126) è “doppiamente magico” perché il suo numero di protoni (126) e il numero di neutroni (184) sono entrambi numeri magici. Comunque tiri i dadi magici, i dati ottenuti dalla sintesi degli elementi 116, 117 e 118 indicano un aumento dell’emivita man mano che il numero di neutroni si avvicina a 184.

Alcuni ricercatori ritengono che la migliore isola di stabilità possa esistere a numeri atomici molto più grandi, come intorno al numero 164 (164 protoni). I teorici stanno studiando la regione dove Z = 106-108 e N è intorno a 160-164, che appare sufficientemente stabile rispetto al decadimento beta e alla fissione.

Creare nuovi elementi dall’isola della stabilità

Sebbene gli scienziati potrebbero essere in grado di formare nuovi isotopi stabili di elementi noti, non abbiamo la tecnologia per andare molto oltre 120 (lavoro attualmente in corso). È probabile che sarà necessario costruire un nuovo acceleratore di particelle in grado di concentrarsi su un bersaglio con maggiore energia. Dovremo anche imparare a produrre quantità maggiori di nuclidi pesanti conosciuti che servano come obiettivi per la creazione di questi nuovi elementi.

Nuove forme del nucleo atomico

Il solito nucleo atomico assomiglia a una solida sfera di protoni e neutroni, ma gli atomi degli elementi sull’isola di stabilità possono assumere nuove forme. Una possibilità potrebbe essere un nucleo a forma di bolla o cavo, con protoni e neutroni che formano una sorta di guscio. È difficile persino immaginare come una tale configurazione possa influenzare le proprietà dell’isotopo. Una cosa è certa, però … ci sono nuovi elementi ancora da scoprire, quindi la tavola periodica del futuro sarà molto diversa da quella che usiamo oggi.