Ouais ! La science ! Pour la première fois, des scientifiques du Berkeley Lab ont synthétisé l’élément 116 (livermorium) à l’aide d’un faisceau de particules de titane. Jusqu’à présent, les physiciens créaient des atomes de livermorium à l’aide d’un faisceau de calcium. Cette nouvelle méthode constitue une étape importante vers la création d’un élément entièrement nouveau.
Les scientifiques du Laboratoire national Lawrence Berkeley du ministère de l’Énergie (Berkeley Lab), réputés pour avoir découvert 16 des 118 éléments connus, ont fait un pas important vers la création potentielle d’un autre élément : l’élément 120.
Une équipe de recherche internationale dirigée par le Heavy Element Group du Berkeley Lab a annoncé avoir réussi à synthétiser l’élément superlourd 116 à l’aide d’un faisceau de titane. Cette avancée, présentée lors de la conférence Nuclear Structure 2024, est essentielle pour la création de l’élément 120. L’équipe a publié une version préliminaire de ses résultats détaillés dans arXiv de l’université Cornell, tandis que la revue universitaire Physical Test Letters examine l’étude en vue d’une publication officielle.
« Cette réaction n’avait jamais été démontrée auparavant, et il était essentiel de prouver qu’elle était possible avant de se lancer dans notre tentative de fabriquer du 120 », a déclaré Jacklyn Gates, scientifique nucléaire au Berkeley Lab. « La création d’un nouvel élément est un exploit extrêmement rare. C’est passionnant de faire partie du processus et d’avoir une voie prometteuse à suivre. »
L’équipe a produit deux atomes de l’élément 116, le livermorium, au cours de 22 jours d’opérations dans l’accélérateur d’ions lourds du laboratoire, le Cyclotron de 88 pouces. Les physiciens s’attendent à ce que la synthèse réussie de l’élément 120 soit encore plus rare, prenant potentiellement 10 fois plus de temps que celle de l’élément 116.
« Nous avions besoin que la nature soit clémente, et elle l’a été », a déclaré Reiner Kruecken, directeur de la division des sciences nucléaires du laboratoire de Berkeley. « Ce n’est pas facile, mais cela semble désormais réalisable. »
S’il est découvert, l’élément 120 serait l’atome le plus lourd jamais créé, situé sur la huitième ligne du tableau périodique. Il se trouve dans une région théorique d’éléments superlourds appelée « île de stabilité ». Les atomes de l’île ont des propriétés uniques. Contrairement aux éléments superlourds découverts jusqu’à présent, qui se désagrègent presque instantanément, une combinaison stable de protons et de neutrons pourrait créer un Core plus durable, ce qui permettrait une étude approfondie.
Le processus de création d’éléments superlourds implique la fusion de deux éléments plus légers. Cependant, cette opération est extrêmement difficile, car elle nécessite souvent des milliards d’interactions avant de réussir la fusion. La cible pratique la plus lourde pour cette expérience est le californium-249, avec 98 protons. Pour fabriquer l’élément 120, les chercheurs ont besoin d’un faisceau de 50 atomes de titane, ce qui constitue une différence par rapport au faisceau de calcium-48 couramment utilisé.
Tableau périodique étendu montrant où iraient les éléments 119 et 120 s’ils étaient découverts.
« C’était une première étape importante pour essayer de créer quelque chose d’un peu plus simple qu’un nouvel élément, afin de voir comment le passage d’un faisceau de calcium à un faisceau de titane modifie la vitesse à laquelle nous produisons ces éléments », a déclaré Jennifer Pore, scientifique au sein du groupe des éléments lourds du laboratoire de Berkeley. « La création de l’élément 116 avec du titane valide le fonctionnement de cette méthode de production, et nous pouvons désormais planifier notre recherche de l’élément 120. »
Le projet de fabrication d’éléments superlourds à l’aide des installations uniques du Berkeley Lab est inclus dans le plan à long terme 2023 du Comité consultatif sur les sciences nucléaires pour les sciences nucléaires.
Environ 6 000 milliards d’ions titane frappent la cible chaque seconde, produisant des éléments superlourds séparés par des aimants et identifiés par le détecteur SHREC (Super Heavy RECoil). L’appareil SHREC détecte plusieurs paramètres, notamment l’énergie, l’emplacement et le temps, pour permettre aux chercheurs d’identifier l’élément lourd lorsqu’il se désintègre en particules plus légères.
« Nous sommes très confiants quant à la présence de l’élément 116 et de ses particules filles », a déclaré Gates, faisant référence aux découvertes de l’équipe.
Les préparatifs pour tenter de créer l’élément 120 se poursuivent, les expériences débutant l’année prochaine. Cependant, les efforts pourraient prendre plusieurs années et ne produire que quelques atomes d’élément 120.
« Nous voulons comprendre les limites de l’atome et celles du tableau périodique », a déclaré Gates. « Les éléments superlourds que nous connaissons jusqu’à présent ne vivent pas assez longtemps pour être utiles à des fins pratiques, mais nous ne savons pas ce que l’avenir nous réserve. »