何十年もの間、核物理学者は記録破りの超重元素を爆発的に存在させ、周期表を一歩一歩、最も重い天然元素であるウランを超えて拡張してきました。このような重量物は不安定になる傾向がありますが、理論では陽子と中性子の「魔法数」が予言されており、これによりさらなる安定性が得られます。長寿命の超重量物を見つけることは、研究者にとって長年の目標でした。
フレロビウムとして知られ、1998 年に最初に作成された要素 114 は、理論家が 114 が陽子の魔法の数であると信じていたため、追加の安定性の最良の候補と見なされました。しかし、研究者は現在、周期表で近くにある超重元素よりも安定していないと報告しています。要素「114 はどうやら魔法ではないか、少なくとも古典的な予測が示唆するほど魔法ではない」と、ルンド大学の研究リーダーである Dirk Rudolph は述べています。
その結果、陽子の魔法数の次の候補である元素 120 に注目が集まっています。これまで合成されたことのない元素 120 は、2020 年 11 月に最初の実験を開始したロシアの新しい施設である超重元素工場 (SHEF) の目標です。そこの研究者は、ターゲット材料の薄層にイオンビームを発射することによって、元素115のモスコビウムの60個の原子をすでに作った。しかし、120 の追跡は、研究者が 120 のターゲットに必要な量のカリホルニウム (高フラックス原子炉で生成される希少元素) を取得するまで保留されます。 「限られた量の標的物質は、近い将来に解決しなければならない技術的問題を引き起こします」と、SHEF の本拠地であるロシアの共同原子力研究所 (JINR) のユーリ オガネシアンは言います。 Oganessian は、2004 年に JINR の彼のチームによって発見された元素 118 である oganesson の同名であり、現在これまでに作られた中で最も重いものです。
一部の原子核が他の原子核よりも安定している理由を説明するために、理論家は陽子と中性子が原子核を取り囲み、各元素の化学的性質を定義する電子の軌道殻に似た「殻」に存在すると考えています。完全な電子殻が化学的に不活性な希ガスを作るように、陽子または中性子の完全な殻はさらなる安定性とより長い寿命を提供します。ヘリウム 4 (原子番号 2)、酸素 16 (原子番号 8)、鉛 208 (原子番号 82) など、陽子と中性子の両方の完全な殻を持つ原子核は、「二重魔法」原子核として知られています。自然界で最も安定した同位体。
しかし、この理論では、超重元素の魔法数を概算することしかできません。 1998 年、JINR の Oganessian のチームが初めて 114 番元素の孤立原子核を生成したとき、114 個の陽子からなる魔法の殻が有望に見えました。この原子は 30 秒以上存続するように見えました。超重元素としては永遠です。しかし、その長寿命は決して再現されず、フレロビウムの他の確認された半ダースの同位体のほとんどは、1 秒以上存続しません。
そのため、昨年、マインツ大学のルドルフとクリストフ・デュルマンが率いるチームは、ドイツの重イオン研究のための GSI ヘルムホルツ センターでアップグレードされた検出器を使用して、フレロビウムの安定性を再検討しました。彼らは、プルトニウム 242 とプルトニウム 244 でコーティングされた金属箔にカルシウム 48 イオンのビームを発射しました。ほとんどのイオンはターゲットを通過しましたが、数週間の間にプルトニウム核と衝突し、融合してフレロビウムになりました.
フォイルから放出された後、新鮮なフレロビウム核は、質量に応じてイオンを偏向させる磁場によって、ビームイオンやその他のデブリから分離されました。核は粒子検出器に埋め込まれており、崩壊生成物のタイミングと測定を行って、超重核の正体とその寿命を明らかにしました。
研究者は、フレロビウム 286 の 2 つの原子とフレロビウム 288 の 11 の原子を作成しました。チームは先月 Physical Review Letters で報告しました。 .彼らは、完全な殻を持つ安定した核には存在しない、これまでに見られなかったものを含む、核の崩壊経路を特定しました。これらの減衰経路は非常に効率的で、114 は「率直な魔法の数字ではない」と結論付けた、とルドルフは言います。
オガネシアンは驚かない。彼は、完全な中性子殻は安定性にはるかに大きな影響を与えるのに対し、完全な陽子殻によって与えられる追加の安定性は「はるかに弱くぼやけている」と理論家は信じていると述べています。苛立たしいことに、次の完全な中性子殻である 184 は現在手の届かないところにあります。研究者は 177 を超える中性子を持つ原子核を生成したことがありません。
しかし、それは魔法の安定性の探求が終わったという意味ではありません.元素 114 に関する GSI チームの改善されたデータは、「理論のアンカー ポイント」を提供することにより、理論家がモデルを改良するのに役立ちます、とルドルフは言います。核殻モデルの新しいバージョンでは、球体の代わりにラグビー ボールやその他の形状の殻を呼び出し、完全な陽子殻が実際には 114 ではなく 120 または 126 にあることを示唆しています。
そこにたどり着くには、適切なビームとターゲット材料に加えて、ビーム強度と長時間の実行が必要です。デュルマンが言うところの「力ずく」。彼は、元素 119 と 120 は現在の GSI 施設の把握の範囲を超えているが、日本の理研素粒子物理研究所と SHEF の手の届く範囲にあるはずだと述べている。 「119 と 120 を獲得できると確信しています。」
