Ahşabın yanmasından ilaçların etkisine kadar, maddenin özellikleri ve davranışları, kimyasal elementlerin birbirine bağlanma şekli tarafından yönetilir. Bilinen 118 elementin çoğu için, kimyasal bağlardan sorumlu olan atomların karmaşık elektronik yapıları iyi anlaşılmıştır. Ancak periyodik tablonun en ucunda yer alan süper ağır elementler için bu egzotik türlerin tek bir özelliğini bile ölçmek büyük bir zorluktur.
yılında yayınlanan yeni bir makalede Doğa İletişimiCERN’deki ISOLDE tesisinde çalışan bir araştırmacı ekibi, (süper) ağır elementlerin kimyasının kilidini açmaya yardımcı olabilecek ve temel fizik araştırmalarında ve tıbbi tedavilerde potansiyel uygulamalara sahip yeni bir teknik rapor ediyor.
Süper ağır elementler son derece kararsızdır ve yalnızca hızlandırıcı laboratuvarlarında çok küçük miktarlarda üretilebilir. Bu nedenle araştırmacılar tekniklerini öncelikle dayanıklı ve daha hafif olan elementler üzerinde mükemmelleştirmeye eğilimlidirler.
ISOLDE’deki ekip, klorun elektron ilgisini tam olarak ölçmek için iyon yakalamaya dayalı yeni bir yöntem geliştirdi; önceki deneylerden çok daha az atom kullandı ve böylece süper ağır elementlerde bu özelliğin ölçülmesine kapı açtı.
Elektron ilgisi, negatif bir iyon veya “anyon” oluşturmak üzere nötr bir atoma bir elektron eklendiğinde açığa çıkan enerjidir. Bir elementin kimyasal bağları nasıl oluşturduğunu belirleyen en temel özelliklerinden biridir.
Geleneksel elektron ilgisi ölçümleri, incelenen elementin anyonlarının bir lazer ışınının yolu boyunca gönderilmesini içerir. Daha sonra lazer frekansı, nötr atomun elektron ilgisine karşılık gelen, anyondan ekstra elektronun uzaklaştırıldığı tam foton enerjisini bulmak için ayarlanır. Bununla birlikte, saniyede birkaç anyon veya daha az oranda üretilen kararsız (süper) ağır elementler için, anyonların lazer ışınından bu tek geçişi, elektron ilgisini ölçmek için yetersizdir.
Bu sınırlamanın üstesinden gelmek için ISOLDE ekibi, paralel lazer spektroskopisi (MIRACLS) için çoklu iyon yansıma aparatında klor anyonlarını hapsetti. Bu tuzakta, klor anyonları iki elektrostatik ayna arasında bir pinpon topu gibi birçok kez ileri geri yansıtılarak, lazer ışınının her geçiş sırasında anyonları araştırmasına olanak tanır.
Çalışmanın başyazarı Franziska Maier, “Yüz bin kat daha az klor anyonu kullanmasına rağmen, yeni MIRACLS yöntemimiz, elektron ilgisini, deneyimizde yaklaşık 60.000 defaya kıyasla, anyonların lazer ışınından yalnızca bir kez geçtiği geleneksel tekniklerle eşleşen hassas bir şekilde ölçüyor” diyor. “Yaklaşımımız esasen anyonları ‘geri dönüştürmek’ için tuzağın aynalarını kullanıyor ve süper ağır elementlerde elektron ilgisi ölçümlerine doğru bir yol açıyor.”
Araştırmanın ikinci başyazarı Erich Leistenschneider, süper ağır elementlerin özelliklerinin periyodik tablonun sınırlarını bulanıklaştırabileceğini ekliyor. “Protonların sayısı arttıkça Einstein’ın göreliliği atomların yapısını karıştırır.
“Bu nedenle, periyodik tablodaki element grupları arasındaki sınırların silinip kaybolmayacağı ve süper ağır elementlerin kimyasının ‘normal’ periyodik eğilimlerden sapıp sapmayacağı yönünde spekülasyon yapılabilir. Elektron ilgisi, bu etkilerden büyük ölçüde etkilenecek özelliklerden biridir ve ölçümlerimiz bunları araştıracaktır.”
MIRACLS yaklaşımı, süper ağır elementlerin anlaşılması zor elektron ilgilerinin ölçülmesinin önünü açmanın ötesinde, kanser tedavisi için kimyasal bileşikler oluşturmak için umut verici bir aday olan astatin gibi aktinyum da dahil olmak üzere Dünya üzerindeki nadir elementlere uygulanabilir. Ayrıca moleküllerin elektron ilgilerini ölçmek için de kullanılabilir ve elektronik yapılarını tahmin eden teorik hesaplamalar için veri sağlayabilir. Bu tür hesaplamalara, doğanın temel simetrilerinin sondaları olarak giderek daha fazla ilgi çeken antimadde ve radyoaktif moleküllerin araştırılması için ihtiyaç duyulmaktadır.
