Uma equipe de cientistas que trabalha no Laborata³rio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) descobriu uma nova forma do elemento mendelanãvio feito pelo homem. O isãotopo recanãm-criado, mendelevium-244, éa 17a e mais leve forma de mendelevium, que éo elemento 101 da tabela peria³dica.

O Mendelevium foi criado pelos cientistas do Berkeley Lab em 1955 (veja um va­deo relacionado) e estãoentre uma lista de 16 outros elementos que os cientistas do Berkeley Lab descobriram ou ajudaram a descobrir. Um isãotopo éuma forma de um elemento com mais ou menos naªutrons (parta­culas não carregadas) em seu núcleo ata´mico do que outras formas de um elemento.

Na descoberta mais recente, a equipe usou o Cyclotron de 88 polegadas do Berkeley Lab, que acelera poderosos feixes departículas carregadas em alvos para criar a¡tomos de elementos mais pesados, para produzir o mendelevium-244. Um ciclotron éum tipo de acelerador departículas que foi inventado pelo homa´nimo do laboratório, Ernest O. Lawrence, em 1930.

As equipes lideradas pelo Berkeley Lab descobriram 12 dos 17 isãotopos de mendelanãvio e descobriram um total de 640 isãotopos - cerca de um quinto de todos os isãotopos conhecidos e, de longe, a contagem mais alta para uma única instituição. No final de 2019, havia 3.308 isãotopos conhecidos. A nova descoberta de isãotopos éa primeira de uma equipe liderada pelo Berkeley Lab desde 2010.

"Foi um desafio descobrir esse novo isãotopo de mendelanãvio porque todos os isãotopos vizinhos de mendelanãvio tem propriedades de decaimento muito semelhantes", disse Jennifer Pore, cientista de projeto do Berkeley Lab que liderou o estudo detalhando a descoberta do isãotopo. O decaimento alfa descreve o processo pelo qual um elemento radioativo como o mendelevium se decompaµe em elementos mais leves ao longo do tempo.

No total, a equipe mediu as propriedades de 10 a¡tomos de mendelanãvio-244 para o estudo, publicado hoje na revista Physical Review Letters .

"Cada isãotopo representa uma combinação única de pra³tons e naªutrons", disse Pore. "Quando um novo isãotopo édescoberto, essa combinação especa­fica de pra³tons (parta­culas carregadas positivamente) e naªutrons nunca foi observada. Os estudos dessas combinações extremas são fundamentais para o entendimento de toda a matéria nuclear".

Os pesquisadores descobriram evidaªncias de que o mendelevium-244 possui duas cadeias separadas de decaimento, cada uma levando a uma meia-vida diferente: 0,4 segundo e 6 segundos, com base em diferentes configurações de energia daspartículas em seu núcleo. Meia-vida éo tempo que leva para o número de a¡tomos de um elemento radioativo ser reduzido pela metade, a  medida que seus núcleos decaem para outros núcleos mais leves.

Em uma medição separada decorrente do mesmo estudo, os pesquisadores encontraram a primeira evidência para o processo de decaimento alfa do berkelium-236, um isãotopo do elemento berkelium, ao se transformar em americium-232, um isãotopo levemente mais leve. O Berkelium foi descoberto em 1949 por uma equipe liderada pelo Berkeley Lab.

Central para a descoberta do isãotopo estava um instrumento no ciclotron de 88 polegadas chamado FIONA, ou Para a identificação do nuclea­deo A. O "A" em FIONA representa o número de massa de um elemento, que éo número total de pra³tons (parta­culas carregadas positivamente) e naªutrons (parta­culas não carregadas) no núcleo de um a¡tomo. O número de massa do novo isãotopo é244.

"A ferramenta mais importante que tivemos nessa descoberta foi a FIONA", disse Pore, que também fazia parte da equipe que ajudou nos testes e na inicialização da FIONA. A FIONA mediu com precisão o número de massa do novo isãotopo.

Barbara Jacak, diretora da Divisão de Ciência Nuclear do Berkeley Lab, disse: "Criamos a FIONA para permitir descobertas como essa, e éemocionante ver esse instrumento atingindo seu ritmo".

Michael Thoennessen, professor distinto da Universidade da Michigan State University, que estãode licena§a para servir como editor-chefe da American Physical Society, mantanãm uma lista de descobertas de isãotopos e observa que a lista de novos isãotopos foi mais fina que o normal nos últimos anos. anos.

"As descobertas de isãotopos são ca­clicas e dependem de novos aceleradores e grandes avanços no desenvolvimento de equipamentos experimentais", disse ele. O FIONA do Berkeley Lab e o Facility for Rare Isotope Beams (FRIB), uma instalação de usua¡rio do Departamento de Energia dos EUA em desenvolvimento na Michigan State University, são recursos exclusivos "com grande potencial de descoberta" para diferentes tipos de novos isãotopos nos EUA, observou ele.

Para garantir que as medições da FIONA fossem precisas, a equipe de pesquisa mediu primeiro as propriedades de decomposição e o número de massa dos isãotopos conhecidos de mendelanãvio, incluindo mendelanãvio-247, mendelanãvio-246 e mendelanãvio-245.

"Quando esta¡vamos confiantes de que conheca­amos bem as propriedades desses isãotopos leves de mendelanãvio, tentamos o experimento para descobrir o isãotopo mendelanãvio-244 anteriormente não observado", disse Pore. "Sem a confirmação direta de que hava­amos produzido um isãotopo com um número de massa de 244, teria sido muito difa­cil separar os resultados e provar a descoberta".

Para criar esses isãotopos exa³ticos - mesmo a forma mais leve conhecida de mendelanãvio ainda émais pesada que o ura¢nio natural - os cientistas produziram um feixe departículas no ciclotron de 88 polegadas contendopartículas carregadas de arga´nio-40, um isãotopo de arga´nio, e direcionou o feixe para um alvo de folha fina composto de bismuto-209, um isãotopo de bismuto.

Ocasionalmente, nesses experimentos, um núcleo no feixe departículas de alta energia atinge e funde diretamente um núcleo na folha-alvo, produzindo um aºnico a¡tomo de um elemento mais pesado. E para um isãotopo com meia-vida muito curta, éuma corrida fazer medições de um a¡tomo antes que ele decaia para outra coisa.

O Cyclotron de 88 polegadas de Berkeley possui outra ferramenta a montante da FIONA, chamada de separador a gás de Berkeley. O separador ajuda a extrair os a¡tomos relevantes que podem ser medidos rápida e individualmente em detalhes com a FIONA.

Os pesquisadores podem prosseguir outros estudos sobre o mendelevium-244 com outros instrumentos para tentar aprender mais sobre sua estrutura, disse Pore.

E agora que a FIONA demonstrou seu valor na descoberta de isãotopos, os pesquisadores do Berkeley Lab estãode olho em outros novos isãotopos. "Já estamos planejando estudos semelhantes ao longo de outras cadeias isota³picas para descobrir novos isãotopos", disse Pore.