Des scientifiques d’institutions mondiales de premier plan font progresser notre compréhension du tableau périodique en explorant les éléments super-lourds et l’« îlot de stabilité » théorique. Leurs recherches, mises en avant dans des publications scientifiques prestigieuses, visent à découvrir les propriétés des éléments comportant plus de 103 protons et à prédire leur comportement grâce à des modèles théoriques. Ces travaux promettent d’élargir les limites du tableau périodique et d’avoir un impact sur un large éventail de domaines scientifiques.
Des scientifiques de l'Université Massey en Nouvelle-Zélande, de l'Université de Mayence en Allemagne, de l'Université de la Sorbonne en France et du Centre de faisceaux d'isotopes rares (FRIB) discutent des limites du tableau périodique et révisent le concept d'« îlot de stabilité » avec de récentes études. progrès dans la recherche sur les éléments superlourds. Leur travail fait la couverture du numéro de février 2024 Nature Revue Physique.
En plus de Nature Examens Physique fonctionnalité, Rapports de physique a publié une revue sur la théorie de la structure électronique atomique des éléments super-lourds.
La quête des éléments super-lourds
Quel est le noyau lié le plus lourd et le noyau lié le plus lourd atome et quelles sont leurs propriétés ? Les noyaux d’éléments chimiques contenant plus de 103 protons sont qualifiés de « super-lourds ». Ils font partie d’un vaste territoire inconnu de ces noyaux que les scientifiques tentent de découvrir. L’exploration de ce territoire inexploré offre des perspectives de découvertes qui relient les grands domaines de la science.
De nouvelles installations expérimentales sont en cours de construction pour aider les scientifiques à découvrir les propriétés des atomes et de leurs noyaux dans un régime comportant un très grand nombre d'électrons, de protons et de neutrons. Les installations créeront de nouveaux éléments et nucléides aux limites du numéro atomique et de la masse.
Graphique d’étude. Crédit : Nature Reviews Physics février 2024, conception de la couverture Susanne Harris
Les taux de production de noyaux super-lourds sont extrêmement faibles. Les données physiques et chimiques obtenues à partir de ces expériences ont indiqué des écarts par rapport aux éléments et isotopes plus légers. Cela permet aux scientifiques de se demander dans quelle mesure les limites du tableau périodique des éléments et du tableau des nucléides peuvent être élargies. Évaluer l’existence de la « péninsule de stabilité étendue », où les noyaux super-lourds pourraient avoir une durée de vie supérieure à celle découverte jusqu’à présent, est également un objectif scientifique.
Avancées théoriques et avenir des éléments super-lourds
En outre, les progrès de la théorie de la structure atomique se concentrent sur les éléments super-lourds et leurs configurations électroniques d’état fondamental prédites, qui sont importantes pour le placement d’un élément dans le tableau périodique.
« En raison de la présence d'énormes forces électrostatiques, les électrons des atomes super-lourds se déplacent à des vitesses proches de la vitesse de la lumière », a déclaré l'un des auteurs de l'article, Witek Nazarewicz, professeur émérite de physique John A. Hannah et scientifique en chef au FRIB. « De plus, de très fortes forces coulombiennes dans les noyaux super-lourds donnent lieu à de nouveaux effets. Il s’agit d’un nouveau jeu de balle pour la théorie atomique et nucléaire.
Au FRIB, les scientifiques étudieront les moyens d'atteindre les noyaux super-lourds situés plus près de la région de stabilité accrue. De nombreux noyaux super-lourds ne peuvent pas être mesurés actuellement, les informations les concernant doivent donc provenir d’extrapolations théoriques. Les théoriciens nucléaires du FRIB effectuent des prévisions sur les noyaux super-lourds à l'aide de modèles avancés aidés par le calcul haute performance et apprentissage automatique.
L’étude du tableau périodique des éléments et du paysage nucléaire dans la région des superlourds générera de nouvelles idées et méthodes qui auront un impact sur la physique nucléaire et atomique, l’astrophysique et la chimie.
Ce matériel est basé sur des travaux soutenus par le Département américain de l'énergie, l'Office of Science, l'Office of Nuclear Physics (DOE-SC), le programme Hubert Curien Dumont d'Urville de Nouvelle-Zélande et le Marsden Fund de la Royal Society of New Zealand.
L'Université de l'État du Michigan (MSU) exploite l'installation de faisceaux d'isotopes rares (FRIB) en tant qu'installation utilisateur pour le Bureau des sciences du Département américain de l'énergie (DOE-SC), soutenant la mission du Bureau de physique nucléaire du DOE-SC. L’exploitation des installations utilisateur est prise en charge par le Bureau de physique nucléaire du DOE-SC, qui fait partie des 28 installations utilisateurs du DOE-SC.
