El nuevo elemento químico 114 dispara el interés por la "isla de la estabilidad"

Los viajes de descubrimiento siempre son actos de fe. Cuando Fernando Magallanes zarpó de Suramérica rumbo al Oeste, estaba convencido de que su ruta llevaba a las Molucas, las codiciadas Islas de las Especias, en el Océano Pacífico.Los sueños relacionados con otra fabulosa isla han llevado a los físicos nucleares a lanzarse a territorio desconocido utilizando haces de partículas acelerados hasta alcanzar enormes energías. Su dominio no está formado por los reinos de España y Portugal extendidos por medio mundo por decreto papal, sino por el reino periódico de los elementos químicos. ¿Hasta dónde se extiende y qué hay más allá de los mapas actuales?

El sueño perseguido durante las tres últimas décadas por físicos de Rusia, Alemania y California es el de una isla de estabilidad en la que elementos más pesados que el plutonio fabricados por el hombre ya no se descomponen en el instante de su creación y recuperan cierta estabilidad. Si esta isla existiese tal como la teoría prevé, albergaría una nueva colección de sustancias nunca vistas sobre la Tierra que los químicos podrían explorar a su conveniencia en lugar de en fugaces instantes de tan sólo unos microsegundos. La noticia en enero de que unos científicos rusos del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear de Dubna, cerca de Moscú, han creado el elemento 114 ha proporcionado el primer indicio de que esta tierra prometida existe.

Número atómico

En la naturaleza hay 94 elementos. Están convenientemente clasificados según el número de protones de su núcleo atómico: empezando por el 1 en el hidrógeno, se avanza hasta el 6 en el carbono, el 26 en el hierro, hasta llegar al 94 en el plutonio.

Los protones del núcleo atómico están acompañados por neutrones, partículas eléctricamente neutras que ayudan a mantener los protones unidos. No hay una receta única para el núcleo atómico de un elemento: aunque todos los elementos están definidos por el número de protones de su núcleo, el número de neutrones puede variar. Los núcleos del mismo elemento con diferente número de neutrones se llaman isótopos. Isótopos distintos pueden diferir notablemente en estabilidad. Por ejemplo, el carbono 12 y el carbono 13, con 6 y 7 neutrones, respectivamente, son estables más o menos indefinidamente, mientras que el carbono 14, con 8 neutrones, se descompone radioactivamente y proporciona la base para la datación radiocarbónica. El carbono 11 es un isótopo más efímero todavía que se fabrica fugazmente en reactores nucleares.

Algunas combinaciones de protones y neutrones funcionan mejor que otras, de manera que entre los diferentes isótopos, algunos núcleos destacan por ser especialmente estables: los pináculos de las islas de estabilidad.

Los físicos nucleares creen que los protones y los neutrones están dispuestos en capas concéntricas en los núcleos, cada una con una determinada capacidad para uno u otro tipo de partícula. Cuando estas capas están saturadas, los núcleos supuestamente tienen un número mágico de protones y neutrones y, como consecuencia, adquieren una estabilidad especial. Por ejemplo, el helio, el oxígeno y el plomo tienen números mágicos de protones, lo mismo que el elemento 114, lo que implica que debería ser anómalamente estable. Un isótopo del supuesto elemento 114 también tiene un número mágico de neutrones -184- y, por lo tanto, es doblemente mágico. En los años sesenta, las primeras predicciones insinuaban que podría mantenerse durante millones de años antes de desintegrarse.

¿Cómo se fabrican estos nuevos elementos? El truco es conseguir que dos núcleos se unan -para llevar a cabo la fisión nuclear- lanzando un núcleo ligero contra uno pesado. En los años cuarenta, el Proyecto Manhattan utilizó los aceleradores de partículas llamados ciclotrones que se fabricaron en los años treinta: al irradiar uranio con haces de partículas, se podía transformar en plutonio. Pero no había por qué detenerse aquí, se podían fabricar elementos completamente nuevos uniendo protones adicionales a núcleos pesados. A finales de la II Guerra Mundial, se habían fabricado de esta manera varios elementos nuevos. Pero la fisión se vuelve más difícil a medida que los elementos se hacen más pesados, ya que se van volviendo cada vez menos estables.

Blanco de plutonio

Durante los 10 últimos años tres equipos han encabezado la carrera del elemento114, a veces en encarnizada competencia. En la Universidad de California en Berkeley, el legado del pasado de la física nuclear se deja sentir: la universidad trabaja en colaboración con el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, que debe su nombre al inventor del ciclotrón, Ernest Lawrence, y la relación con los tiempos de gloria de los años cuarenta está personificada por el premio Nobel Glenn Seaborg, que identificó por primera vez el plutonio y único científico vivo que tiene un elemento con su nombre. El año pasado, el grupo de Berkeley, dirigido por Ken Gregorich, buscó el elemento 114 lanzando iones de calcio a un blanco de plutonio, con la esperanza de que se fusionaran.

Con esta técnica, llamada fusión caliente, los núcleos producto son calientes e inestables y tienen que perder energía liberando neutrones. Otra técnica alternativa, la fusión fría, crea nuevos núcleos en un solo paso fusionando un haz de elementos relativamente pesados con blancos más pesados. La técnica, utilizada con magníficos resultados en el Instituto de Investigación de Iones Pesados de Darmstadt (Alemania), permitió a este grupo dominar el campo de la fabricación de elementos durante años. Fue el primero en hacer todos los elementos entre el 107 y el 112 (aunque la prioridad en el caso del 110 está reñida).El último de estos elementos -el 112- fue fabricado en 1996 y no dio muestras de ganar estabilidad pese a su proximidad a la isla que rodea al elemento 114.