¿Existen elementos superpesados que aún no hemos descubierto?

¿Está completa la tabla periódica? Si miramos el rincón inferior derecho del mapa químico de la materia, veremos que la fila 7 termina en el oganesón (elemento 118). Todos los elementos situados más allá del uranio (92) son artificiales, altamente inestables y se desintegran en fracciones de segundo. Sin embargo, desde hace décadas, los físicos nucleares persiguen un oasis teórico en medio de este desierto radiactivo: la isla de estabilidad.

Un lugar hipotético donde los elementos químicos superpesados no solo dejarían de desvanecerse en un parpadeo, sino que podrían llegar a sobrevivir durante días, años o incluso millones de años.

El fin de la materia común

Para entender por qué los elementos pesados se rompen tan rápido, debemos mirar al núcleo atómico. Este es una densa amalgama de protones (con carga positiva) y neutrones (neutros). A medida que añadimos protones para crear nuevos elementos, la repulsión electromagnética entre ellos (que intenta fragmentar el núcleo) crece de forma salvaje.

Si el núcleo se mantiene unido es gracias a la fuerza nuclear fuerte, pero esta tiene un alcance extremadamente corto. En los elementos superpesados, la repulsión gana la partida casi de inmediato. Por ejemplo, el moscovio (115) o el teneso (117) tienen vidas medias que se miden en milisegundos.

Entonces, ¿por qué los científicos creen que más allá existe una tierra prometida de estabilidad?

El secreto de los «números mágicos»

La respuesta está en la estructura interna del propio núcleo. Al igual que los electrones se organizan en capas o niveles de energía bien definidos —lo que explica la extrema estabilidad de los gases nobles—, los protones y los neutrones también llenan sus propias capas nucleares.

Cuando una de estas capas se completa con una cantidad específica de partículas, el núcleo adquiere una configuración energéticamente muy favorable, volviéndose mucho más fuertemente ligado y resistente a la fisión espontánea. A estos valores se les conoce en física como números mágicos.

Los números mágicos de protones o neutrones conocidos son 2, 8, 20, 28, 50 y 82. Cuando un núcleo tiene «mágicos» tanto el número de protones como el de neutrones, se dice que es doblemente mágico, como ocurre con el plomo-208 (82 protones y 126 neutrones), uno de los núcleos pesados más estables que existen.

(Foto: Wikimedia Commons)

¿Dónde se esconde la «isla de estabilidad»?

Los modelos teóricos actuales sugieren que el próximo cierre de capa cuántica para los protones se encuentra un poco más allá de lo que hemos logrado sintetizar: alrededor del número atómico 120 o 126. Por su parte, el número mágico correspondiente para los neutrones se sitúa en 184.

La intersección de estas dos coordenadas es el corazón de la isla de estabilidad. Los isótopos que logren aproximarse a esa configuración (como el hipotético unbinilio-304 o el unbihexio-310) se beneficiarán de un «escudo cuántico» que ralentizará drásticamente su desintegración radiactiva.

¿Cuánto tiempo podrían vivir? Los cálculos matemáticos varían de forma extrema dependiendo del modelo utilizado: algunos físicos sugieren que su vida media sería de unos pocos segundos o minutos (lo que ya sería un hito para la ciencia), mientras que las estimaciones más optimistas apuntan a miles o millones de años.

El reto de encender «soles artificiales» en la Tierra

Si la teoría es tan sólida, ¿por qué no hemos llegado allí todavía? La respuesta es que fabricar estos elementos es uno de los mayores desafíos tecnológicos de la humanidad.

Para crear un elemento superpesado, los laboratorios de vanguardia —como el Instituto Central de Investigaciones Nucleares de Dubna (Rusia) o el RIKEN (Japón)— utilizan aceleradores de partículas para hacer chocar núcleos más ligeros a un 10% de la velocidad de la luz. Se busca que venzan la repulsión mutua y se fusionen.

El problema actual es la escasez de «ladrillos» ricos en neutrones. Para llegar al número mágico de 184 neutrones, necesitaríamos bombardear objetivos con proyectiles que contengan una enorme cantidad de estas partículas neutras, combinaciones que hoy en día son físicamente imposibles de mantener en un haz estable o que requieren isótopos tan raros que apenas se pueden producir unos pocos átomos en todo el planeta. Cada intento es como lanzar dos agujas desde extremos opuestos de un estadio de fútbol esperando que choquen en el centro y se fusionen perfectamente.

¿Qué cambiaría si la alcanzamos?

Cruzar el océano de inestabilidad y desembarcar en esta isla no es solo una cuestión de ego científico. Las implicaciones tecnológicas podrían ser revolucionarias.

Si se descubren elementos pesados con vidas medias lo suficientemente largas, estaríamos ante nuevos materiales con propiedades químicas y físicas completamente desconocidas. Debido a los efectos de la relatividad especial sobre los electrones que orbitan a velocidades cercanas a la de la luz en estos átomos gigantescos, las reglas habituales de la tabla periódica podrían romperse, dando lugar a catalizadores inéditos, superenfriadores o fuentes de energía compactas de una densidad energética sin precedentes.

La búsqueda de la isla de estabilidad es el equivalente moderno a la alquimia, pero respaldada por la mecánica cuántica. De encontrarse, no solo reescribirá los libros de texto, sino que abrirá la puerta a una química completamente nueva que la naturaleza, quizás, se ha estado guardando para sí misma en los eventos más extremos del cosmos.