物理学者が粒子線を使って元素を生成

カリフォルニア州ローレンス・バークレー国立研究所の科学者チームは本日、チタン粒子ビームを使用してリバモリウム（元素番号116）を初めて生成したと発表した。

この成果により、科学者たちは、超重元素が長寿命である可能性があると理論上想定されている点である安定島に近づき、超重元素の研究が容易になる。

「私たちは自然の恵みを必要としていました。そして、自然は恵みを与えてくれました」と、バークレー研究所の核科学部門長ライナー・クルッケン氏は研究所の発表で述べた。「120を作るには、116を作るよりも約10倍の時間がかかると考えています。簡単ではありませんが、実現可能だと考えています。」

研究チームの発見は本日発表され、Nuclear Structure 2024会議で発表されました。研究チームの論文は、プレプリントリポジトリarXivにまもなく掲載され、Physical Review Lettersに投稿されています。

グラフィックは、チタン 50 とプルトニウム 244 を使用して元素 116 を生成する新しい方法を示しています。 — チタン50とプルトニウム244を用いて元素番号116を生成する新しい方法を示す図。© グラフィック：ジェニー・ナス/バークレー研究所

チタンビームは元素番号116を生成する

研究者たちは、元素番号116のリバモリウムを生成するために、チタン50（元素番号116の特定の同位体）のビームを使用しました。彼らは成功し、リバモリウムはバークレー研究所でこれまでに生成された中で最も重い元素となりました。同研究所の研究者たちは、テクネチウム（番号43）からシーボーギウム（番号106）まで、これまでに16の元素の発見に携わってきました。

「我々は116番元素とその娘粒子を観測していると確信しています」と、バークレー研究所の原子核科学者で、今回の研究を率いたジャクリン・ゲイツ氏は同じ発表の中で述べた。「統計的な偶然である可能性は1兆分の1程度です」

チタンをビーム状にするために、科学者たちはチタンの一部を華氏3,000度（摂氏1,649度）近くまで加熱し、蒸発を開始させた。その後、チタンにマイクロ波を照射し、22個の電子を除去してイオンをバークレー研究所の88インチサイクロトロンで加速できるように準備した。

チタンイオンは標的（この場合はプルトニウム）に向けられ、毎秒数兆個のイオンが標的に衝突して全く異なる元素へと融合した。研究チームは最終的に22日間の実験で2つのリバモリウム原子を生成した。ビームにチタンを用いることは、より重い元素を生成する新しい方法である。これまで、114番から118番の元素はカルシウム48のビームで生成されていた。

「これらの極めて希少な元素を作ろうとしている時、私たちは人類の知識と理解の限界に立っていることになります。物理学が私たちの期待通りに機能するという保証は全くありません」と、バークレー研究所重元素グループの原子核物理学者、ジェニファー・ポア氏は述べています。「チタンを使って116番元素を作ったことで、この製造方法が機能することが実証され、私たちは120番元素の探索計画を立てることができるようになりました。」