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Sabia-se que esse caminho era muito promissor, mas os físicos investiram vários anos de desenvolvimento para obter feixes suficientemente intensos para esse uso. Com esse sucesso, surge, portanto, uma nova via de síntese de núcleos superpesados. Uma via que deverá permitir, no futuro, produzir novos núcleos além do oganessônio-294 (Z=118), o núcleo mais pesado já estudado por físicos nucleares. Próxima etapa: conseguir sintetizar o elemento 120.
Embora o elemento 116 fosse conhecido e sintetizado há cerca de vinte anos, os dois isótopos de livermório que apareceram brevemente no ciclotron do Berkeley National Laboratory nos dias 27 de abril e 16 de junho passados deixaram a comunidade da física nuclear em alvoroço. Isso porque os dois isótopos desse elemento superpesado, ausente na natureza, resultaram de uma união inédita: a do plutônio-244 (Z=94) e do titânio-50.
O uso do titânio-50 no contexto de tais reações em laboratório, chamadas de fusão-evaporação, de fato deu trabalho aos físicos por muitos anos. Mas o jogo valia a pena: nas condições certas, o uso desse isótopo e de seu vizinho, o cromo-54 (Z=24), poderia desbloquear a busca por núcleos cada vez mais ricos em prótons, impulsionando a técnica de fusão-evaporação para novas esferas.
Esse processo, usado em física nuclear para sintetizar núcleos artificiais superpesados, parece à primeira vista tão simples quanto brutal: pegue um núcleo pesado (aqui o plutônio-244) e bombardeie-o com núcleos mais leves (aqui o titânio-50). Com um pouco de sorte, alguns desses projéteis superarão a repulsão entre as cargas positivas dos dois núcleos para se fundirem com os núcleos pesados do alvo.
A aplicação prática da reação de fusão-evaporação permitiu que os cientistas produzissem em laboratório muitos elementos artificiais além do urânio, aprofundando nossa compreensão dos mecanismos nucleares e nosso conhecimento dessas estruturas quânticas. Mas eis que os feixes de cálcio-48 (Z=20), nos quais esse processo se baseava até então, atingiram seu limite ao bombardear alvos de califórnio, os mais pesados que é possível produzir.
Foi, de fato, a fusão do califórnio, com seus 98 prótons, e do cálcio-48 que permitiu produzir o oganessônio, ou seja, o elemento mais pesado já produzido em laboratório, com 118 prótons. Para superar esse limite, atualmente só há uma solução viável: recorrer a novos feixes metálicos mais pesados que o cálcio-48, como o titânio-50 ou o cromo-54.
No entanto, recorrer a núcleos mais pesados é um desafio. Quanto maior o número de prótons, mais intensa se torna a barreira eletrostática que se opõe à fusão, sem contar que a energia cinética desses núcleos, sendo mais alta, torna o núcleo sintetizado mais excitado e, portanto, mais instável. As chances de sobrevivência para esses núcleos são, portanto, muito pequenas, e é difícil dispor ao mesmo tempo da energia e da intensidade do feixe necessárias. Além disso, o titânio é um dos feixes mais difíceis de produzir em alta intensidade de forma contínua.
Para contornar esse problema e alcançar o resultado de 2024, dois métodos foram sucessivamente atualizados e adotados pela equipe do IPHC liderada por Benoît Gall, em uma verdadeira epopeia científica. O grupo começou seguindo a pista dos MIVOC (para Metal Ion from Volatile Organic Compounds), onde os isótopos dos íons metálicos são isolados e associados a compostos orgânicos voláteis para formar um pó estável. Os vapores resultantes da sublimação desse pó alimentam a fonte de íons para produzir os feixes.
Por esse método, Zouhair Asfari, químico do IPHC, permitiu gerar um feixe de titânio-50 suficientemente intenso para produzir mais de 2000 núcleos de rutherfórdio-256 (Z=104) em 2011. O mesmo método foi aplicado vários anos depois ao cromo-54 para estudar a fissão do elemento 120 em Dubna, na Rússia. "Nessas condições experimentais", explica Benoît Gall, "não lhe dávamos muita chance de sobrevivência. Ele fissionava quase imediatamente, mas a manipulação nos permitiu aprender mais sobre esse processo".
Em intensidades mais altas, os vapores ligados aos compostos MIVOC saturam a fonte. É por isso que a equipe do IPHC recorreu, em um segundo momento, a um método alternativo: a vaporização direta dos metais usando micro-fornos de indução. Essa técnica tem a vantagem de gerar vapores de metais puros, aumentando a intensidade produzida pelas fontes e, portanto, o número de reações de fusão no alvo. Mas, se 400°C são suficientes para vaporizar o cálcio, é necessário atingir 1660°C para produzir um feixe de titânio com esse método, o que exige o desenvolvimento de fornos adaptados e mais potentes.
Parte traseira do separador do Berkeley National Laboratory, com o sistema de detecção no plano focal. Foi nessa infraestrutura que os núcleos de livermório foram sintetizados a partir de feixes de titânio-50.
Os cientistas de Estrasburgo, portanto, se dedicaram a um projeto de micro-forno de indução para o estudo de núcleos superpesados com o espectrômetro S3 no GANIL, bem como para seu programa de síntese de elementos superpesados. Eles demonstraram a capacidade de seu forno de vaporizar cromo e titânio em 2019 em Dubna, projeto que desde então sofreu as consequências do contexto internacional.
Em 2020, o grupo uniu esforços aos dos colegas de Berkeley, que também desenvolvem um forno de indução, e compartilhou sua expertise. Foi no âmbito dessa colaboração frutífera que a síntese do livermório no ciclotron de Berkeley veio recompensar os esforços de longa data da equipe.
"Esse experimento representa um passo importante para a síntese de novos elementos, pois não apenas prova a viabilidade da síntese do elemento 120 com um feixe de titânio-50, mas também estima o tempo que levará para produzi-lo!", comemora Benoît Gall. O experimento poderá ser iniciado assim que a instalação experimental em Berkeley estiver preparada para receber o alvo de califórnio, muito mais radioativo que o plutônio-244.
Graças aos feixes metálicos pesados, a descoberta do próximo elemento superpesado seria então viável até 2026. Uma perspectiva animadora tanto para os experimentalistas quanto para os teóricos: sintetizar e estudar novos elementos além dos limites atuais ilumina os físicos sobre a estrutura do núcleo – o elemento 120 poderia, por exemplo, revelar um hipotético "ilha de estabilidade", onde a vida útil dos núcleos seria muito mais longa que a dos núcleos superpesados produzidos até agora.