科学家们通过使用汽化钛制造超重元素利莫鎓（Livermorium，原子序数116），成功验证了一种新方法，这为未来制造有史以来最重的元素——拥有120个质子的unbinilium铺平了道路。这项研究标志着美国能源部伯克利实验室重返超重元素竞赛，并且这些超重元素有望为科学家提供研究原子极端行为和测试核物理模型的机会。
在现代炼金术的一项壮举中，科学家们使用一束汽化钛来制造地球上最重的元素之一，他们认为这种新方法可以为更广阔的视野铺平道路。这是这项新技术首次成功生产出超重元素——利莫鎓，其中将一块稀有同位素钛 50 加热到近 1650 °C (3000 °F) 以释放离子，然后射向另一种元素。 。
利弗莫元素 (Livermorium) 于 2000 年首次合成，它并不是人类创造的最重元素（Oganesson，原子序数 118）。
那么，如果劳伦斯伯克利国家实验室最近突然出现了几个肝钼原子，那么有什么大不了的——那些跟踪元素周期表的人可能会问？利弗莫只有 116 个质子。但是，将钛束与钚融合以产生利莫伦只是对更大（或更确切地说，更重）的物体的试运行。科学家们希望创造出一种有史以来最重的元素： unbinilium ，拥有 120 个质子。
研究人员融合了钛和钚的同位素来制造 116 号元素。（Jenny Nuss/伯克利实验室）
“这种反应以前从未被证实过，在我们开始尝试制造 120 之前，有必要证明它是可能的，”领导这项研究的伯克利实验室的核化学家 Jacklyn Gates说。
Calcium-48 拥有 20 个质子，一直是首选光束，因为其质子和中子的“神奇数字”使其更加稳定，有助于与目标融合。
Titanium-50 并不“神奇”，但它拥有达到较重原子量所需的 22 个质子，而且不会太重而容易碎裂。
伯克利实验室的物理学家 Jennifer Pore解释说：“尝试制造比新元素更简单的东西，看看从钙束到钛束如何改变我们生产这些元素的速度，这是重要的第一步。” 。
“用钛制造 116 号元素验证了这种生产方法的有效性，我们现在可以计划寻找 120 号元素。”
该团队在伯克利实验室的88 英寸回旋加速器上运行了 22 天，该回旋加速器将钛的重离子加速成足以与其目标融合的束流。毕竟，它只产生了两个微不足道的肝原子。
研究人员希望融合钛和锎的同位素来制造 120 号元素。（Jenny Nuss/伯克利实验室）
使用这种方法，通过将光束瞄准californium-249来创建 unbinilium，将比以前的路线快得多，但它仍然会是一个艰难的过程。
伯克利实验室核物理学家 Reiner Kruecken表示：“我们认为制造 120 所需的时间比制造 116 所需的时间长约 10 倍。”
这标志着美国能源部伯克利实验室（20 世纪元素发现领域的领导者）重返超重元素竞赛。
至少从 2006 年起，世界各地的科学家就一直在竞相生产 Unbinilium，当时联合核研究所的俄罗斯团队进行了首次尝试。德国GSI亥姆霍兹重离子研究中心的科学家们在2007年至2012年间进行了多次尝试，但都没有成功。
现在，随着来自美国、中国和俄罗斯的研究人员纷纷参与其中，人们不得不想知道未来的应用到底是什么。
“美国重返这场竞赛非常重要，因为超重元素在科学上非常重要，”未参与这项研究的核物理学家 Witold Nazarewicz告诉Science的 Robert Service。
120 号元素靠近理论上的“稳定岛”，这是超重元素的天堂，由于质子和中子的“神奇数字”，其半衰期非常长。
这些寿命长、稳定的超重元素有望为科学家提供研究原子极端行为、测试核物理模型和绘制原子核极限的机会。
这篇论文发表在《物理评论快报》上。
本文的早期版本于 2024 年 8 月发布。