Detektivarbetet vid fysikens yttersta gräns

Att utforska oganesson, det tyngsta kända grundämnet med atomnummer 118, är ett extremt tålamodsprövande arbete. Forskare använder högteknologiska acceleratorer för att skjuta en intensiv stråle av tunga joner mot ett tunt, sällsynt målmaterial. För att nå oganesson låter fysikerna accelererade atomkärnor av kalcium-48 kollidera med målmaterialet kalifornium-249.

Trots tillfälliga framgångar pågår dessa experiment under flera veckor eller månader, och utbytet är extremt litet – ibland resulterar det långvariga arbetet i att endast en enda atom skapas. För att bevisa dess korta existens sorteras den nybildade kärnan ut med hjälp av magnetiska och elektriska fält i en separator. När den extremt kortlivade atomen sedan sönderfaller i en detektor lämnar den efter sig en serie alfapartiklar. Detektorn mäter exakta tidpunkter och energinivåer, vilket skapar ett unikt fingeravtryck som bekräftar att grundämnet har existerat.

Detta pågående detektivarbete utvidgar gränserna för det periodiska systemet och vår förståelse av hur materia är uppbyggd. Framgångarna visar att atomkärnans kvantmekaniska struktur kan stabilisera supertunga ämnen som egentligen borde slitas isär av den elektriska repulsionen mellan protonerna.

Genom vidare studier av dessa kortlivade isotoper kan forskarna testa grundläggande kärnfysikaliska teorier. På sikt hoppas fysiker kunna undersöka om det finns en så kallad "ö av stabilitet" längre ut i det periodiska systemet, där tyngre och hittills oupptäckta isotoper kan ha betydligt längre livslängder.

Än så länge återstår stora utmaningar innan vetenskapen kan kartlägga de supertunga ämnenas fullständiga fysikaliska och kemiska egenskaper. Eftersom ämnena endast existerar i bråkdelar av en sekund och i enstaka exemplar, går det i nuläget inte att samla dem i synliga mängder för traditionella kemiska analyser. Dessutom är produktionen extremt svår och resurskrävande, vilket innebär att det krävs mycket tid för att bekräfta resultaten genom att återskapa de extremt sällsynta sönderfallskedjorna.