宇宙で最も重い元素を作ろうと国際科学者が競争

2 つの国際チームが宇宙で最も重い元素を作ろうと競い合っている。超重元素とは、周期表の一番下に位置し、原子番号 (陽子の数) が 104 を超える元素のことである。これまで最も重い元素だったウンウンオクチウムは 2002 年に「発見」され、現在 2 つのチームは 119 番目と 120 番目の元素を作ろうとしている。

オスロ大学の原子核化学教授、ジョン・ペッター・オムトヴェット氏は、西欧、日本、米国の科学者らと協力し、ドイツのGSIヘルムホルツセンター原子核研究センターで実験を行っている。もう一方のチームは、ロシアのドゥブナにある合同原子核研究所に所属するロシアと米国の科学者らで構成されている。「競争は熾烈です」とオムトヴェット氏は言う。「超重元素は非常に不安定で、生成が非常に困難です。宇宙空間で未知のものを発見するようなものです」

新元素の原子を一つ作るだけでは、新元素の発見と認められるには不十分だ。結果は再現されなければならない。「別の研究室が実験を再現するまで、誰も認められることはない。最悪の場合、実験が検証されるまでに数十年かかるかもしれない」とオムトヴェット氏は語った。超重元素は重いほど、生成に時間がかかり、無傷でいられる期間も短くなる。元素番号106の原子一つは、最初に発見されたときには1時間以内に作られ、その原子は20秒でより軽い元素に崩壊する。元素番号118の原子は1ヶ月で作られ、その半減期（半分に崩壊するまでの時間）はわずか1.8ミリ秒だった。

2週間前、テネシー州オークリッジにあるオークリッジ国立研究所の原子物理学者たちは、高放射性元素バークリウムを20mg生成した。元素番号119の生成を競う各チームには、バークリウム10mgが与えられた。彼らは、バークリウム原子を詰めた金属板にチタン原子のビームを照射する。チームは厳しいスケジュールで作業している。バークリウムの半減期はわずか320日で、320日が経過すると、サンプルの半分が他の元素に変化する。「強力なチタンビームを生成するのは極めて困難です。これを実現するには、他者には教えない秘密があります」とオムトヴェット氏は語った。

超重原子を作る基本原理は単純だ。ある元素の原子を別の元素の原子にぶつけると、陽子が集まって新しい元素が作られる。チタンの22個の陽子がバークリウムの97個の陽子と結合して、陽子119個の原子、つまり元素番号119の原子が作​​られる。しかしほとんどの場合、原子は衝突して互いに砕け散るか部分的に破壊する。しかし、まれに、「月に1回未満」陽子が衝突して完全な原子が作られる。このようなまれな出来事を検出するのは困難だ。「毎秒10万回以上の余分なイベントが発生している金属板上で、この1つの原子を検出する必要があります」とオムトヴェット氏は述べた。新しい原子を検出する唯一の方法は、それが崩壊するときに放出する放射線を観察することだ。新しい元素がなくなるまで、その証拠は残らない。

「私たちは実験的に可能な範囲の最先端で研究しています」とオムトヴェット氏は言う。「最も重い元素を研究するためには、現在の技術を最大限、さらにそれ以上にまで拡張する必要があります。」

サイエンスデイリー