Salutations de l'île de la stabilité renforcée : la quête de la limite du tableau périodique
Un nouveau regard sur les nouveaux éléments superlourds
Depuis le début du siècle, six nouveaux éléments chimiques ont été découverts et ajoutés au tableau périodique des éléments, l'icône même de la chimie. Ces nouveaux éléments ont des numéros atomiques élevés, jusqu'à 118, et sont nettement plus lourds que l'uranium, l'élément au numéro atomique le plus élevé (92) que l'on trouve en plus grande quantité sur Terre. Cela soulève des questions telles que : combien d'autres espèces super-lourdes attendent d'être découvertes, où se trouve - le cas échéant - une limite fondamentale dans la création de ces éléments, et quelles sont les caractéristiques de ce que l'on appelle l'îlot de stabilité renforcée.
L'île de la stabilité renforcée des éléments super-lourds vue en 2024 : La côte a été atteinte et les expérimentateurs ont laissé les premières empreintes sur la plage. Des montagnes de stabilité, dont l'emplacement n'est pas clair, apparaissent.
Simon Tschachtli / JGU & GSI Darmstadt
Dans une revue récente, des experts en chimie théorique et expérimentale et en physique des éléments les plus lourds et de leurs noyaux résument les principaux défis et proposent un nouveau point de vue sur les nouveaux éléments superlourds et la limite du tableau périodique. L'un d'entre eux est le professeur Christoph Düllmann du GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung à Darmstadt, de l'université Johannes Gutenberg de Mayence et de l'institut Helmholtz de Mayence (HIM). Dans son numéro de février, la revue à fort impact Nature Review Physics, la plus importante au monde, présente le sujet en couverture.
Visualisation d'un îlot de stabilité des noyaux superlourds
Dès la première moitié du siècle dernier, les chercheurs se sont aperçus que la masse des noyaux atomiques était inférieure à la masse totale de leurs constituants (protons et neutrons). Cette différence de masse est responsable de l'énergie de liaison des noyaux. Certains nombres de neutrons et de protons entraînent une liaison plus forte et sont qualifiés de "magiques". En fait, les scientifiques ont observé très tôt que les protons et les neutrons se déplaçaient dans des coquilles individuelles similaires aux coquilles électroniques, les noyaux du métal plomb étant les plus lourds avec des coquilles complètement remplies contenant 82 protons et 126 neutrons - un noyau doublement magique. Les premières prédictions théoriques ont suggéré que la stabilité supplémentaire apportée par les nombres "magiques" suivants, très éloignés des noyaux connus à l'époque, pourrait conduire à des durées de vie comparables à l'âge de la Terre. Cela a conduit à la notion d'une île de stabilité de noyaux superlourds séparée de l'uranium et de ses voisins par une mer d'instabilité.
Il existe de nombreuses représentations graphiques de l'île de stabilité, la décrivant comme une île lointaine. Plusieurs décennies se sont écoulées depuis l'apparition de cette image. Il est donc temps de jeter un nouveau regard sur la stabilité des noyaux superlourds et de voir où le voyage aux limites de la masse et de la charge pourrait nous mener. Dans leur récent article intitulé "The quest for superheavy elements and the limit of the periodic table", les auteurs décrivent l'état actuel des connaissances et les principaux défis à relever dans le domaine des éléments superlourds. Ils présentent également des considérations clés pour le développement futur.
Les éléments jusqu'à l'oganesson (élément 118) ont été produits lors d'expériences, nommés et inclus dans le tableau périodique des éléments dans des installations d'accélérateurs du monde entier, comme au GSI à Darmstadt et, à l'avenir, au FAIR, le centre international d'accélérateurs en cours de construction au GSI. Ces nouveaux éléments sont très instables, les plus lourds se désintégrant en quelques secondes au maximum. Une analyse plus détaillée révèle que leur durée de vie augmente vers le nombre magique de neutrons 184. Dans le cas du copernicium (élément 112), par exemple, qui a été découvert au GSI, la durée de vie passe de moins d'un millième de seconde à 30 secondes. Toutefois, le nombre de neutrons 184 est encore loin d'être atteint, et les 30 secondes ne sont donc qu'une étape. Étant donné que la description théorique est encore sujette à de grandes incertitudes, il n'y a pas de consensus sur l'endroit où les durées de vie les plus longues se produiront et sur leur durée. Cependant, on s'accorde généralement à dire qu'il ne faut plus s'attendre à des noyaux superlourds vraiment stables.
Révision de la carte des éléments superlourds
Cela conduit à une révision du paysage des éléments superlourds de deux manières importantes. D'une part, nous sommes effectivement arrivés sur les rives de la région de stabilité accrue et avons donc confirmé expérimentalement le concept d'une île de stabilité accrue. D'autre part, nous ne savons pas encore quelle est la taille de cette région - pour rester dans l'image. Quelle sera la durée de vie maximale, la hauteur des montagnes de l'île représentant généralement la stabilité, et où se produiront les durées de vie les plus longues ? L'article de Nature Reviews Physics aborde divers aspects de la théorie de la structure nucléaire et électronique, notamment la synthèse et la détection de noyaux et d'atomes superlourds en laboratoire ou lors d'événements astrophysiques, leur structure et leur stabilité, ainsi que l'emplacement des éléments superlourds actuels et prévus dans le tableau périodique.
L'étude détaillée des éléments superlourds reste un pilier important du programme de recherche du GSI de Darmstadt, soutenu par l'infrastructure et l'expertise du HIM et de l'université Johannes Gutenberg de Mayence, qui constituent un cadre unique pour de telles études. Au cours de la dernière décennie, plusieurs résultats décisifs ont été obtenus, notamment des études détaillées de leur production, qui ont conduit à la confirmation de l'élément 117 et à la découverte de l'isotope lawrencium-266 à durée de vie relativement longue, de leur structure nucléaire par diverses techniques expérimentales, de la structure de leurs enveloppes atomiques ainsi que de leurs propriétés chimiques, où le flérovium (élément 114) représente l'élément le plus lourd pour lequel il existe des données chimiques. Des calculs sur la production dans le cosmos, notamment lors de la fusion de deux étoiles à neutrons, observée expérimentalement pour la première fois en 2017, complètent le portefeuille de recherche. À l'avenir, l'étude des éléments superlourds pourrait être encore plus efficace grâce au nouvel accélérateur linéaire HELIAC, dont le premier module a été récemment assemblé au HIM et ensuite testé avec succès à Darmstadt, de sorte que d'autres noyaux encore plus exotiques et donc vraisemblablement à plus longue durée de vie seront également réalisables expérimentalement.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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