Obter uma melhor compreensão dos fatores limitantes para a existência de estáveis, elementos superpesados ​​é uma busca de uma década da química e da física. Elementos superpesados, como são chamados os elementos químicos com números atômicos maiores que 103, não ocorrem na natureza e são produzidos artificialmente com aceleradores de partículas. Eles desaparecem em segundos.

Uma equipe de cientistas da GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung Darmstadt, Johannes Gutenberg University Mainz (JGU), Helmholtz Institute Mainz (HIM) e a Universidade de Jyvaeskylae, Finlândia, liderado pelo Dr. Jadambaa Khuyagbaatar da GSI e HIM, forneceu novos insights sobre os processos de fissão nesses núcleos exóticos e para isso, produziu o até então desconhecido núcleo mendelévio-244. Os experimentos faziam parte da "Fase 0 FAIR, "a primeira etapa do programa experimental FAIR. Os resultados já foram publicados na revista Cartas de revisão física .

Os núcleos pesados ​​e superpesados ​​estão cada vez mais instáveis ​​contra o processo de fissão, em que o núcleo se divide em dois fragmentos mais leves. Isso se deve à repulsão cada vez mais forte de Coulomb entre o grande número de prótons carregados positivamente em tais núcleos, e é uma das principais limitações para a existência de núcleos superpesados ​​estáveis.

O processo de fissão nuclear foi descoberto há mais de 80 anos e está sendo estudado intensamente até hoje. A maioria dos dados experimentais sobre a fissão espontânea é para núcleos com números pares de prótons e nêutrons - chamados de 'núcleos pares pares'. Os núcleos pares-pares consistem inteiramente de pares de prótons e nêutrons e suas propriedades de fissão são bem descritas por modelos teóricos. Em núcleos com um número ímpar de nêutrons ou prótons, um obstáculo do processo de fissão quando comparado às propriedades de núcleos pares-pares foi observado e rastreado até a influência de tal, constituinte desemparelhado no núcleo.

Contudo, o obstáculo de fissão em 'núcleos ímpares-ímpares, 'contendo ambos, um número ímpar de prótons e um número ímpar de nêutrons, é menos conhecido. Os dados experimentais disponíveis indicam que o processo de fissão espontânea em tais núcleos é muito prejudicado, ainda mais do que em núcleos com apenas um tipo ímpar de constituintes.

Uma vez que a probabilidade de fissão é mais reduzida, outros modos de decaimento radioativo, como decaimento alfa ou decaimento beta, tornam-se prováveis. Em decadência beta, um próton se transforma em um nêutron (ou vice-versa) e, adequadamente, núcleos ímpares-ímpares se transformam em núcleos pares-pares, que normalmente têm uma alta probabilidade de fissão. De acordo, se uma atividade de fissão for observada em experimentos sobre a produção de um núcleo ímpar-ímpar, muitas vezes é difícil identificar se a fissão ocorreu no núcleo ímpar-ímpar, ou melhor, não começou a partir da filha com decaimento beta até mesmo, que pode então sofrer fissão beta-retardada. Recentemente, Dr. Jadambaa Khuyagbaatar de GSI e HIM previu que este processo de fissão beta-retardado pode ser muito relevante para os núcleos mais pesados ​​e, de fato, pode ser um dos principais modos de decaimento de núcleos superpesados ​​com decadência beta.

Em núcleos superpesados, que são extremamente difíceis de serem produzidos experimentalmente, a decadência beta ainda não foi observada de forma conclusiva. Por exemplo, no caso do elemento mais pesado produzido na GSI Darmstadt, tennessine (elemento 117), apenas dois átomos do núcleo ímpar-ímpar tennessine-294 foram observados em um experimento que durou cerca de um mês. Essas pequenas taxas de produção limitam a verificação e o estudo detalhado do processo de fissão retardada do decaimento beta. Ainda, novos dados experimentais para lançar luz sobre este processo são mais bem obtidos em núcleos exóticos, como aqueles que têm uma proporção extremamente desequilibrada de prótons para nêutrons. Por esta, a equipe do GSI, JGU, HIM e a Universidade de Jyväskylä produziram o até então desconhecido núcleo mendelévio-244, um núcleo ímpar que consiste em 101 prótons e 143 nêutrons.

A estimativa teórica sugere que o decaimento beta deste núcleo será seguido por fissão em cerca de um em cada cinco casos. Devido à grande liberação de energia do processo de fissão, isso pode ser detectado com alta sensibilidade, enquanto os decaimentos beta são mais difíceis de medir. Os pesquisadores usaram um feixe intenso de titânio-50 disponível no acelerador UNILAC da GSI para irradiar um alvo de ouro. Os produtos da reação de núcleos de titânio e ouro foram separados no Separador de Transactinida e Química TASCA, que guiou núcleos de mendelévio em um detector de silício adequado para registrar a implantação dos núcleos, bem como sua decadência subsequente.

Uma primeira parte dos estudos, realizada em 2018, levou à observação de sete átomos de mendelévio-244. Em 2020, os pesquisadores usaram uma energia de feixe menor de titânio-50, que é insuficiente para levar à produção de mendelévio-244. De fato, sinais como aqueles atribuídos ao mendelévio-244 no estudo de 2018 estavam ausentes nesta parte do conjunto de dados, corroborando a atribuição adequada dos dados de 2018 e confirmando a descoberta do novo isótopo.

Todos os sete núcleos atômicos registrados sofreram decaimento alfa, ou seja, a emissão de um núcleo de hélio-4, que levou ao isótopo filho einsteinium-240, descoberto há quatro anos por um experimento anterior realizado na Universidade de Jyväskylä. A decadência beta não foi observada, o que permite estabelecer um limite superior neste modo de decaimento de 14 por cento. Se a probabilidade de 20 por cento de fissão de todos os núcleos com decadência beta estiver correta, a probabilidade total de fissão beta retardada seria de no máximo 2,8 por cento e sua observação exigiria a produção de substancialmente mais átomos de mendelévio-244 do que neste experimento de descoberta.

Além do mendelévio-244 com decaimento alfa, os pesquisadores encontraram sinais de eventos de fissão de curta duração com características inesperadas em relação ao seu número, probabilidade de produção, e meia-vida. Atualmente, sua origem não pode ser identificada com exatidão, e de fato não é facilmente explicável com o conhecimento atual da produção e decadência de isótopos na região do mendelévio-244. Isso motiva estudos de acompanhamento para obter dados mais detalhados, o que ajudará a lançar mais luz sobre o processo de fissão em núcleos ímpar-ímpares.