科學人／學生哀號！新技術可合成「最重元素」 元素週期表將迎來第八行？

超重元素是指原子序超過 103 的化學元素，它們的原子核非常大，也極其不穩定。目前已知的超重元素都是人造的，而且半衰期很短，有些甚至只有百萬分之一秒 。這次，科學家們探索出創造「元素120」的可行路徑，它將是目前已知最重的元素，甚至可能為元素週期表開闢新的第八行！

這項令人振奮的研究成果近期發表在頂尖物理學期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。研究團隊來自美國加州勞倫斯柏克萊國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory, LBNL）和瑞典隆德大學（Lund University），他們採用了一種全新的技術來合成超重元素。

非雙魔數碰撞，合成超重元素

科學家們利用LBNL的迴旋加速器，將帶電的鈦離子束轟擊到鈽同位素上，成功合成出了超重元素「鉝」（Lv，原子序116）。這次實驗的特別之處在於，他們使用了一種非「雙魔數」的碰撞系統，這是首次利用這種方法合成出最重的元素之一。

什麼是「雙魔數」呢？ 「雙魔數」是指質子和中子數量都為「魔數」（magic number）的原子核，魔數是指原子核中質子數和中子數的某個特定數值，當質子數或中子數為魔數，或者二者均為魔數時，原子核會顯示出較高的穩定性。例如質子數82、中子數126的鉛同位素Pb-208，就具有雙魔數，從而顯得異常穩定。

過往合成超重元素通常都採用「雙魔核」的碰撞系統，但本研究證明，即使並非「雙魔核」，也有可能合成出超重元素，這為合成更重的元素，例如元素 120（Unbinilium），開闢了新的途徑！

探索未知，前往穩定島

研究人員認為，這種新技術可以用來合成元素 120（Unbinilium），方法是將鈦離子束轟擊到比鈽更重的鉲（Cf，原子序98）同位素上。他們預估，合成元素 120 所需的時間將是這次合成鉝的 10 倍左右 ，至少要半年以上。

為什麼科學家們如此執著於合成自然界不存在的超重元素呢？ 因為理論模型預測，在元素週期表的盡頭，可能存在一個神秘的「穩定島」（island of stability）！在「穩定島」上的超重元素，雖然仍然具有放射性，但它們的半衰期將比其他超重元素長得多，最理想可能長達一年，具有實際應用的價值。

如果能夠合成出元素 120（Unbinilium），並證實「穩定島」的存在，將為超重元素的研究開啟全新的可能性。然而，研究團隊成員、LBNL的核子科學家波爾（Jennifer Pore）也坦言，探索未知領域總是充滿挑戰，沒有人能保證物理定律會按照我們的預期運作。

讓我們拭目以待，期待科學家們早日揭開「穩定之島」的神秘面紗！

參考資料：

1. J. M. Gates et al., “Toward the discovery of new elements: Production of livermorium (Z = 116) with 50Ti,” Phys. Rev. Lett. 133, 172502 (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.172502

2. A Route Toward the Island of Stability

3. Breaking Atomic Barriers: The Race To Discover the World’s Heaviest Element

4. Successful experiment paves the way for discovery of a new element

（本文出自2024.11.08《科學人》網站，未經同意禁止轉載。）