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¿Alquimia moderna? Una técnica nueva estudia elementos sintéticos

Un equipo de investigadores con el apoyo de la Unión Europea ha desarrollado un método nuevo para estudiar la estructura atómica de elementos químicos superpesados.

Investigación fundamental

De una forma que recuerda a los alquimistas medievales y su búsqueda para convertir metales básicos como el plomo en oro, los científicos se centran, cada vez más, en producir y analizar elementos superpesados que no existen en la naturaleza. Los elementos superpesados se sintetizan de átomo en átomo utilizando grandes instaladores de aceleradores y ayudan a los investigadores a arrojar nueva luz sobre cómo se comporta la materia en el universo. Los elementos superpesados se encuentran en la parte inferior de la tabla periódica de los elementos y contienen un gran número de protones en el núcleo. No se encuentran de forma natural en la corteza terrestre y solo existen brevemente y en condiciones muy controladas. Son radioactivos y se desintegran rápidamente, a menudo en cuestión de segundos, lo cual significa que se dispone de muy poco tiempo para estudiarlos. Con la ayuda del proyecto LRC, financiado con fondos europeos, un equipo de científicos ha propuesto una nueva tecnología para medir el espectro de los iones de elementos superpesados con un número atómico superior a 102. Un espectro muestra las longitudes de onda características de la radiación electromagnética emitida o absorbida por un objeto o sustancia, átomo o molécula, que realiza una transición desde un estado de alta energía a otro con una energía menor. Los resultados de la investigación se publicaron en las revistas «Physical Review Letters» y «Physical Review A». Según una nota de prensa de la entidad anfitriona del proyecto LRC, la Universidad Johannes Gutenberg (JGU, por sus siglas en alemán) de Mainz, a pesar del descubrimiento de los elementos superpesados hace décadas, su estudio con herramientas de espectroscopia óptica «va con mucho más retraso que la síntesis. Esto se debe a que se producen en cantidades sumamente pequeñas con las que los métodos tradicionales, simplemente, no funcionan. Por el momento, la espectroscopia óptica finaliza en el nobelio, el elemento 102 de la tabla periódica». Según se cita en la misma nota de prensa, el Dr. Mustapha Laatioui comenta: «Las técnicas actuales están en el límite de lo factible. A partir del elemento siguiente más pesado, las propiedades fisicoquímicas cambian bruscamente e impiden obtener muestras en estados atómicos adecuados».

El enfoque de LRC

Tal como se explica en la nota de prensa de la JGU, el nuevo enfoque de cromatografía de resonancia láser (LRC, por sus siglas en inglés) a la espectroscopia óptica «combina la selectividad entre elementos y la precisión espectral de la espectroscopia láser con la espectrometría de masas de movilidad iónica, así como las ventajas y la sensibilidad elevada, con la “sencillez” del análisis óptico propio de la espectroscopia de fluorescencia inducida por láser». En la nota de prensa se añade: «La idea clave no es detectar los productos de las excitaciones ópticas resonantes a partir de la luz de fluorescencia como es habitual, sino sobre la base de su tiempo de deriva característico en un detector de partículas». El estudio abarcó «el laurencio con carga unitaria, el elemento 103, y su homólogo químico más ligero. Sin embargo, el concepto ofrece un acceso sin igual a la espectroscopia láser de muchos otros iones monoatómicos de la tabla periódica, en particular de los metales de transición, incluidos los metales refractarios a altas temperaturas y los elementos más allá del laurencio», tal como se explica en la misma nota de prensa. «Otras especies iónicas como el torio trivalente también entran en el alcance del enfoque de LRC. Además, el método permite optimizar las relaciones señal/ruido y, así, facilitar la espectrometría de movilidad iónica, la química iónica seleccionada por estado y otras aplicaciones». Los investigadores creen que la caracterización espectroscópica de los elementos superpesados es esencial para la cosmología, la astrofísica y el avance de la teoría de la estructura atómica. Planean utilizar la nueva técnica para otros elementos superpesados más allá del laurencio. El proyecto LRC (Laser Resonance Chromatography of Superheavy Metals) continuará hasta mayo de 2024.

Palabras clave

LRC, cromatografía de resonancia láser, espectroscopia óptica, elementos superpesados, laurencio

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