Elementos superpesados ​​são sistemas quânticos atômicos e nucleares intrigantes que desafiam a sondagem experimental, pois não ocorrem na natureza e, quando sintetizado, desapareça em segundos. Empurrar a vanguarda da pesquisa em física atômica para esses elementos requer desenvolvimentos revolucionários em direção a técnicas de espectroscopia atômica rápida com extrema sensibilidade. Um esforço conjunto dentro do programa de Pesquisa e Inovação Horizonte 2020 da União Europeia e liderado pelo Dr. Mustapha Laatiaoui da Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) culminou em uma proposta de espectroscopia óptica:a chamada Cromatografia por Ressonância Laser (LRC) deve permitir tais investigações até em quantidades mínimas de produção. A proposta foi recentemente publicada em dois artigos em Cartas de revisão física e Revisão Física A .

Elementos superpesados ​​(SHEs) são encontrados na parte inferior da tabela periódica de elementos. Eles representam um terreno fértil para o desenvolvimento da compreensão de como esses átomos exóticos podem existir e funcionar quando um número esmagador de elétrons nas camadas atômicas e prótons e nêutrons no núcleo se reúnem. Insights sobre sua estrutura eletrônica podem ser obtidos a partir de experimentos de espectroscopia óptica revelando espectros de emissão de elementos específicos. Esses espectros são benchmarks poderosos para cálculos de modelos atômicos modernos e podem ser úteis, por exemplo, quando se trata de procurar traços de elementos ainda mais pesados, que pode ser criado em eventos de fusão de estrelas de nêutrons.

A abordagem LRC combina diferentes métodos

Embora SHEs tenham sido descobertos décadas atrás, sua investigação por ferramentas de espectroscopia óptica fica muito atrás da síntese. Isso ocorre porque eles são produzidos em taxas extremamente baixas, nas quais os métodos tradicionais simplesmente não funcionam. Até aqui, espectroscopia óptica termina em nobélio, elemento 102 na tabela periódica. “As técnicas atuais estão no limite do que é viável, "explicou Laatiaoui. Do próximo elemento mais pesado em diante, as propriedades físico-químicas mudam abruptamente e impedem o fornecimento de amostras em estados atômicos adequados. "

Junto com colegas de pesquisa, o físico, portanto, desenvolveu a nova abordagem LRC em espectroscopia óptica. Isso combina seletividade de elemento e precisão espectral de espectroscopia de laser com espectrometria de massa de mobilidade iônica e mescla os benefícios de uma alta sensibilidade com a 'simplicidade' da sondagem óptica como na espectroscopia de fluorescência induzida por laser. Sua ideia principal é detectar os produtos de excitações ópticas ressonantes não com base na luz fluorescente, como de costume, mas com base em seu tempo de deriva característico para um detector de partículas.

Em seu trabalho teórico, os pesquisadores se concentraram em Lawrencium de carga única, elemento 103, e em seu homólogo químico mais leve. Mas o conceito oferece acesso incomparável à espectroscopia a laser de muitos outros íons monoatômicos na tabela periódica, em particular dos metais de transição, incluindo os metais refratários de alta temperatura e elementos além do lawrêncio. Outras espécies iônicas, como o tório triplamente carregado, também devem estar ao alcance da abordagem LRC. Além disso, o método permite otimizar as relações sinal-ruído e, assim, facilitar a espectrometria de mobilidade iônica, química de íons selecionados pelo estado, e outros aplicativos.

O Dr. Mustapha Laatiaoui veio para a Johannes Gutenberg University Mainz e o Helmholtz Institute Mainz (HIM) em fevereiro de 2018. No final de 2018, ele recebeu uma bolsa consolidadora ERC do Conselho Europeu de Pesquisa (ERC), um dos subsídios de financiamento mais valiosos da União Europeia, por sua pesquisa sobre os elementos mais pesados ​​usando espectroscopia de laser e espectroscopia de mobilidade iônica. As publicações atuais também incluíram trabalhos que Laatiaoui havia realizado anteriormente na GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung em Darmstadt e na KU Leuven na Bélgica.