Aquí creamos elementos nuevos.

Dubna (Rusia) y Darmstadt (Alemania) se disputan la primacía en la creación de elementos que

probablemente no existan en ningún otro lugar del universo... o casi.

Decíamos en el artículo anterior sobre la materia y la energía que es el número de protones (y neutrones) en el átomo los que definen lo que es cada elemento del universo. Mencionamos también que más allá del número atómico 100 podría hallarse una isla de estabilidad postulada por Glenn Seaborg y otros, donde existirían elementos más o menos perdurables con características diferentes a todo lo conocido. Como era de esperar, desde que tuvimos una teoría atómica nos abalanzamos a descubrir estas sustancias que, en condiciones normales, no existen en ningún otro lugar del universo. Y si no existen en ningún lugar, entonces hay que crearlas.

Para aproximarnos a la isla de estabilidad, hay que ir pasito a pasito, sintetizando elementos cada vez más pesados y diabólicamente inestables, que hay que encontrar átomo a átomo en ciertos aceleradores de partículas. Estas máquinas permiten, esencialmente, unir dos núcleos más ligeros en la esperanza de que el resultado existirá durante el tiempo suficiente para detectarlos por medios directos o indirectos... si es que llega a existir.

El último elemento que se da en la Tierra de manera natural y más o menos estable es el uranio (número atómico: 92). Más allá del uranio están el neptunio (93) y el plutonio (94), que se observan ocasionalmente en la naturaleza en cantidades diminutas, como resultado de procesos vinculados al uranio; la mayor parte, sin embargo, hay que generarla en reactores. Y se acabó. Por encima de ese punto, cualquier nuevo elemento debe ser creado artificialmente. Los reactores nucleares producen habitualmente buenas cantidades de estos dos, y también de americio (95), curio (96), berkelio (97) y californio (98), en cantidades cada vez más pequeñas y con una vida media antes de desintegrarse cada vez más corta; algunos de ellos ocurren en cantidad suficiente y lo bastante estable como para tener aplicaciones industriales o tecnológicas. El californio es también el último de los elementos que detectamos habitualmente en las explosiones de las supernovas, lo que, salvo sorpresas, significa también que es el último que puede surgir en el universo presente, al menos en cantidades significativas.

Después viene el einstenio (99), que aún se puede producir en un reactor nuclear, aunque ya hay que hacerlo de manera deliberada. Y finalmente el fermio (100), que aparece espontáneamente en cantidades mínimas durante las explosiones atómicas; su isótopo más duradero, el fermio-257, tiene una vida media de cien días y medio. Se cree que las supernovas pueden llegar a producir algo de fermio, en cantidades marginales.

Y se acabó. Por encima del número atómico 100, la naturaleza no produce ningún elemento en cantidades significativas, ni tampoco los reactores nucleares o las armas atómicas. Cualquiera de ellos que pudiera haber surgido con el universo se desintegró en otras cosas hace miles de millones de años. No queda en este universo, ni se generan, cantidades mensurables de elementos por encima del 100. Lo cual, naturalmente, no hace otra cosa que ponernos más cachondos. Y cachondas.

Más allá de la naturaleza.

El elemento 101, llamado mendelevio, fue creado artificialmente en abril de 1955 por la Universidad de California en Berkeley usando un diminuto acelerador de partículas. Para ello, dispararon partículas alfa (núcleos de helio, uno de los átomos más ligeros) contra un blanco que contenía algunos átomos de einstenio-253, cuya vida media de veinte días y pico es suficiente para usarlo en esta clase de experimentos. Así obtuvieron algunos átomos sueltos de mendelevio-256, que tarda hora y media en decaer a fermio-256. El equipo norteamericano había demostrado así que es posible crear elementos nuevos, inexistentes en el cosmos. Pronto se generaron varios isótopos de mendelevio más; el más duradero tiene una vida media de 51 días y medio.

El elemento 102, en cambio, se mostró más esquivo. Primero creían haberlo detectado en el Instituto Nobel de Suecia, y después el mismo equipo de la Universidad de California en Berkeley, bombardeando curio con carbono en el acelerador de iones pesados HILAC. Este segundo intento se dio por bueno, aunque en honor a la primera intentona mantuvieron el nombre nobelio. El nobelio tiene una vida media breve, de 58 minutos en su isótopo más estable, lo que dificultaba su localización precisa. A pesar de las dudas, siguieron adelante, descubriendo el elemento 103 el 14 de febrero de 1961; lo llamaron lawrencio, obtenido mediante el bombardeo de californio con boro.

De pronto, cierto día de 1966, aparecieron unos científicos de un oscuro instituto soviético reclamando el descubrimiento del elemento 104. Poco después reclamaban también el 105, y además disputaban como incorrectos los resultados del nobelio y parte de los del lawrencio. En el contexto de la Guerra Fría, algo muy parecido al pánico se extendió entre la comunidad de físicos atómicos occidentales. ¿Quiénes eran estos rusos? ¿De dónde habían salido, y qué se proponían?

Dubna.

Georgi Flyorov, nacido en Rostov del Don en 1913, era un físico nuclear soviético completamente desconocido en Occidente. Fue él quien, en abril de 1942, dirigió una carta a Stalin llamando su atención sobre el sospechoso silencio sobre cuestiones atómicas en la prensa científica de Estados Unidos y el Reino Unido, aliados de la URSS por aquel entonces en la lucha contra el nazifascismo. Esta carta fue la que puso en marcha el programa atómico soviético, por un lado, y las operaciones de espionaje contra el Proyecto Manhattan, por el otro: dos caminos paralelos y separados entre sí. De esta forma, la URSS pudo detonar en 1949 una bomba que era copia de la de Nagasaki, y en 1951 una de diseño totalmente propio.

Miembro de la Academia Soviética de Ciencias, en 1957 se le encargó la creación de un laboratorio especial de física nuclear que se vino a instalar en la localidad de Dubna, unos ciento cincuenta kilómetros al norte de Moscú. Aunque allí había un pueblo desde la Edad Media, llevaba ya algunos años siendo reconvertida en un naukogrado: una ciudad secreta dedicada exclusivamente a la ciencia de alto nivel, con excelente calidad de vida para sus destacados ocupantes. El Instituto Flyorov quedó integrado en una cooperación internacional con países amigos de la URSS, llamado el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (OIYaI), que sigue abierto y trabajando en la actualidad.

El Instituto Conjunto fue dotado de grandes medios técnicos, hasta convertirlo en una institución sin parangón en el mundo: distintos tipos de aceleradores de partículas, un reactor nuclear de diseño especial, y los mejores instrumentos que podía producir la ciencia y la técnica soviéticas. Así, habían logrado crear efectivamente los elementos 104 y 105, observar incorrecciones en la síntesis norteamericana del 103, y recrear correctamente el 102, que actualmente se les atribuye también. Poco después, en 1974, sintetizaban el 106.

La batalla de los transférmicos.

Esto dio lugar a un peculiar conflicto, de aquellos tan característicos durante la Guerra Fría, que se plasmó en la asignación de nombres para estos nuevos elementos. Los norteamericanos trataban de defender su creación del 102 –aunque, ciertamente, era poco sostenible según estas investigaciones soviéticas–. Los soviéticos decían que ni hablar y además, usando la prerrogativa del descubridor, propusieron para el elemento 104 el nombre de kurchatovio; Igor Kurchatov era el padre de la bomba de hidrógeno soviética (además de un físico de extraordinario nivel), lo que cayó fatal en Occidente. Quizás para suavizar un poco la píldora, quisieron bautizar el 105 como nielsbohrium, en honor al gran físico Niels Bohr, un miembro del Proyecto Manhattan que había sido partidario de compartirlo con la URSS.

Los estadounidenses dijeron que nones y propusieron sus propios nombres: rutherfordio para el 104, hahnio para el 105 y seaborgio para el 106, por Ernest Rutherford, Otto Hahn y Glenn Seaborg. Hahn, aunque no era partidario de los nazis, había permanecido en Alemania durante toda la guerra y se sospechaba que tomó parte en el programa atómico del Tercer Reich; este nombre, por tanto, resultaba inaceptable para la URSS. En cuanto a Seaborg, no sólo estaba aún vivo –estos nombres se suelen reservar para científicos ya fallecidos– sino que además era el asesor de Johnson y Nixon en materia atómica.

Por si fuera poco, un competidor inesperado se sumó a la carrera a principio de los años '80: Alemania, ni más ni menos, con su Instituto de Investigación de Iones Pesados sito en Darmstadt. Y no lo hizo de cualquier manera, sino descubriendo seis de una tacada, seis, entre 1981 y 1996: todos los elementos nuevos entre el 107 y 112, utilizando una técnica inspirada en la de Dubna. Y, por supuesto, reclamaron sus propios nombres para los mismos. Tras semejante avalancha alemana, sólo los rusos lograron apuntarse también un éxito con el 114 en 1999.

El escándalo Ninov.

Hubo que esperar hasta el final de la Guerra Fría para que la IUPAC acordara los nombres para los elementos 104 a 111, siendo ya 1997. Las denominaciones definitivas fueron rutherfordio (104), dubnio (105), seaborgio (106), bohrio (107), hassio (108) y meitnerio (109), por Lise Meitner, descubridora de la fisión. Para el 110 eligieron darmstadtio (por la ciudad donde se descubrió) y para el 111, roentgenio, lo cual resultaba difícilmente discutible: Roentgen fue el descubridor de los rayos X y el primer Premio Nobel de Física de la historia (1901).

Todos estos nuevos elementos eran cada vez más difíciles de conseguir y sus vidas medias, cada vez más cortas: la del isótopo estable del roentgenio, el roentgenio-280, es de apenas 3,6 segundos. La del siguiente, para el que se ha propuesto el nombre copernicium pero se sigue usando el sistemático ununbio o simplemente "elemento 112", es de 4 segundos: elementos tremendamente inestables, que se desintegran en otras cosas más corrientes con rapidez.

Entonces, el Laboratorio Nacional de Berkeley anunció la síntesis de los elementos 116 y 118. Sin embargo, ni Dubna, ni los alemanes, ni el propio control interno de Berkeley fue capaz de reproducirlos. Pronto se descubrió que un científico de origen búlgaro llamado Victor Ninov, contratado a gran bombo y platillo por los norteamericanos robándoselo a los alemanes, había falseado los datos debido a la presión para que descubriera más cosas en los Estados Unidos. Berkeley tuvo que despedirlo, retractarse, y aceptar que los rusos de Dubna se apuntaran también el 116 en el año 2000, con vidas medias de milisegundos. Se descubrieron también anomalías en sus colaboraciones para el 111 y 112, pero los resultados globales eran correctos.

Este escándalo y el final de la Guerra Fría produjeron otro efecto singular: los antiguos enemigos de Berkeley y Dubna establecieron proyectos conjuntos para seguir creando elementos nuevos. En todas las ocasiones, tales síntesis se produjeron en Dubna, dotado de equipos extensivos y muy superiores a los disponibles en cualquier otro lugar del mundo. Este equipo conjunto de rusos y norteamericanos crearían el siguiente elemento en 2002: el 118; y luego el llamado ununtrio o "elemento 113"; su isótopo más estable tiene una vida media de apenas medio segundo. Le siguió el 115 en 2004, de nuevo creado por el equipo conjunto. Actualmente se trabaja en el 117 (Dubna), el 119 (Berkeley) y el 120 (Dubna y los alemanes). La Universidad de Jerusalén (Israel) aseguró haber localizado el 122 en una muestra de torio natural, pero no pudieron demostrar esta aseveración tan extraordinaria y ha sido ya descartada.

En busca de la isla mágica de la estabilidad.

Actualmente se buscan de manera particular tres isótopos: el ²⁹⁸114, el ³⁰⁴120 y muy especialmente el ³¹⁰126 (o, alternativamente, el ³²²126), que debería encontrarse exactamente en la cima de la isla de la estabilidad postulada por Seaborg. Cualquiera de estos podría ser estable y gozar de propiedades actualmente no disponibles en ningún otro lugar de la Tierra y puede que del universo (a menos que los haya sintetizado alguien más en algún otro lugar). Los dos primeros tienen un número mágico de protones o neutrones, y el ³¹⁰126 tiene un número doblemente mágico de protones y neutrones, lo que debería otorgarles una elevada perdurabilidad al organizar su núcleo en escudos cerrados.

Al referirnos a elementos tan pesados, hablar de estabilidad es muy relativo.  Por el momento, nos daríamos con un canto en los dientes si hallásemos algún elemento lo bastante perdurable como para hacer algo con él más allá de la investigación en ciencia pura. El tamaño máximo posible para un núcleo atómico tampoco está claro: podría tratarse de cualquiera entre el 137 y el 173, aunque seguramente será muy difícil estabilizar cosas más allá de la primera cifra. Y no podemos predecir con claridad cómo serán estos nuevos elementos, pues no siguen las reglas comunes en la tabla periódica de los elementos (el 118, por ejemplo, debería ser un gas noble y sin embargo es un sólido bajo condiciones estándar). En todo caso, se sigue investigando con gran interés, pues estos trabajos no sólo tienen el potencial de hallar nuevos procesos de gran utilidad aplicada, sino que también nos aportan una perspectiva singular sobre los límites de la materia y de la energía, y de lo que cabe esperar de este universo. Como siempre, debemos saber y sabremos. Y si para ello es preciso crear cosas que no existían antes, nunca se vio que tales minucias fueran capaces de detenernos.

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