À 150 ans, le tableau périodique des éléments chimiques continue de s’enrichir. En 2016, quatre nouveaux éléments de numéros atomiques 113, 115, 117 et 118 y ont été ajoutés : le nihonium, le moscovium, la ténnessine et l’oganesson. Il a fallu une décennie et des efforts mondiaux pour confirmer ces éléments, et maintenant les scientifiques se demandent : jusqu’où peut aller le tableau périodique ? Certaines réponses peuvent être trouvées dans un article publié dans le journal Nature Physics par le professeur Witek Nazarewicz de l’université d’État du Michigan.
Illustration d’une partie du tableau périodique des éléments avec quatre nouveaux éléments dans la période 7, l’oganesson étant spécifiquement mis en évidence. Crédit image : Erin O’Donnell, National Superconducting Cyclotron Laboratory / Andy Sproles, Oak Ridge National Laboratory.
Tous les éléments possédant plus de 104 protons sont qualifiés de “superlourds” et font partie d’une vaste terre totalement inconnue que les chimistes ainsi que les physiciens nucléaires et atomiques tentent de découvrir.
Il est prévu que les atomes comportant jusqu’à 172 protons puissent physiquement former un noyau lié par la force nucléaire. Cette force est ce qui empêche sa désintégration, mais seulement pendant quelques fractions de seconde.
Ces noyaux fabriqués en laboratoire sont très instables et se désintègrent spontanément peu après leur formation.
Pour ceux qui sont plus lourds que l’oganesson, cette désintégration peut être si rapide qu’elle les empêche d’avoir le temps d’attirer et de capturer un électron pour former un atome. Ils passeront toute leur vie sous forme de congrégations de protons et de neutrons.
Si c’est le cas, cela remettrait en question la façon dont les scientifiques définissent et comprennent aujourd’hui les “atomes”.
On ne peut plus les décrire comme un noyau central autour duquel gravitent des électrons, un peu comme les planètes gravitent autour du Soleil. Quant à savoir si ces noyaux peuvent se former, c’est encore un mystère.
Les chercheurs s’enfoncent lentement mais sûrement dans cette région, synthétisant élément par élément, sans savoir à quoi ils ressembleront, ni où ils aboutiront.
La recherche de l’élément 119 se poursuit dans plusieurs institutions.
“La théorie nucléaire n’a pas la capacité de prédire de manière fiable les conditions optimales nécessaires pour les synthétiser, il faut donc faire des suppositions et faire des expériences de fusion jusqu’à ce qu’on trouve quelque chose. De cette façon, vous pourriez courir pendant des années”, a déclaré le professeur Nazarewicz.
Si l’élément 119 est confirmé, il ajoutera une huitième période au tableau périodique.
“La découverte pourrait ne pas être trop lointaine. Bientôt. Ça pourrait être maintenant, ou dans deux ou trois ans. Nous n’en savons rien. Les expériences sont en cours”, a déclaré le scientifique.
Une autre question passionnante demeure : peut-on produire des noyaux super lourds dans l’espace ?
Fusion d’étoiles à neutrons. Crédit image : Mark Garlick, Université de Warwick.
On pense qu’elles peuvent être fabriquées lors de la fusion d’étoiles à neutrons, une collision stellaire si puissante qu’elle ébranle littéralement le tissu même de l’Univers.
Dans de tels environnements stellaires où les neutrons sont abondants, un noyau peut fusionner avec de plus en plus de neutrons pour former un isotope plus lourd. Il aura le même nombre de protons, et sera donc le même élément, mais plus lourd.
Le problème ici est que les noyaux lourds sont si instables qu’ils se décomposent bien avant d’ajouter d’autres neutrons et de former ces noyaux superlourds. Cela entrave leur production dans les étoiles.
L’espoir est que grâce à des simulations avancées, les chercheurs seront en mesure de voir ces noyaux insaisissables à travers les modèles observés des éléments synthétisés.
Au fur et à mesure que les capacités expérimentales progressent, ils rechercheront ces éléments plus lourds à ajouter au tableau remodelé.
En attendant, ils ne peuvent que se demander quelles applications fascinantes auront ces systèmes exotiques.
“Nous ne savons pas à quoi ils ressemblent, et c’est là le défi. Mais ce que nous avons appris jusqu’à présent pourrait signifier la fin du tableau périodique tel que nous le connaissons”, a déclaré le professeur Nazarewicz.
