¿Se pueden utilizar muones para llegar a la isla de estabilidad de los elementos superpesados?

Mientras leía sobre la isla de estabilidad de los elementos superpesados[0], los enfoques experimentales y las dificultades relacionadas[1], se formó una idea en mi cabeza. Como no puedo encontrar consideraciones de tal enfoque en la literatura o las principales fallas físicas en él, he decidido preguntar aquí.

Descargo de responsabilidad: dado que no soy un especialista en el campo, es muy posible que simplemente me esté perdiendo información conocida.

Entonces la pregunta es: ¿Se pueden usar los muones para crear nuevos isótopos superpesados ​​cerca de la isla de estabilidad?

Alguna información sobre fuentes contemporáneas de haces de muones[2], [3].

Considere las siguientes variantes:

1. El proceso de captura de muones por el núcleo (análogo a la captura de electrones, pero con muones) se convierte en el principal canal de desintegración de muones en átomos con Z>20.[4], [5]. El núcleo resultante normalmente se excita a energías en el rango de 10–20 MeV[6], porque la mayor parte de la energía de masa del muón unido (-100 MeV) se convierte en la energía cinética del neutrino. Las investigaciones de la captura de muones por el núcleo en diferentes materiales muestran que la fracción de isótopos resultantes que pierden la excitación sin emisión de neutrones es del orden de por ciento a decenas de por ciento [6], [7]. Esto sugiere que existe la esperanza de utilizar un mecanismo de captura de muones para ajustar la relación protón/neutrón en la dirección deseada para crear isótopos superpesados ​​más estables. Por ejemplo, a partir del isótopo 294Ts del elemento 117, podemos "movernos" en diagonal hacia abajo y hacia la derecha en el diagrama pnhttps://en.wikipedia.org/wiki/Island_of_stability#/media/File:Island_of_Stability_derived_from_Zagrebaev.svg

Aunque la desexcitación sin emisión de neutrones parece poco probable para los núcleos superpesados, el canal de un neutrón (que es el principal canal de desexcitación) permite la creación de nuevos isótopos (por ejemplo, 293Lv+µ->292Mc+n).

Hay problemas obvios: - No conocemos la fracción de desexcitación de un solo neutrón y sin neutrones para los isótopos superpesados, en el mejor de los casos será un porcentaje, y la fisión disminuirá severamente el número de núcleos sobrevivientes pero con instalaciones como Superheavy Element Factory[8], [9] esto podría ser factible.

• Cómo obligar a un solo átomo de vida corta a capturar un muón. No tengo experiencia para decir si esto es muy difícil o totalmente imposible para el nivel de tecnología actual. Pero aquí podemos, por ejemplo, alinear el haz de muones con iones de elementos superpesados ​​mientras vuelan del separador magnético al detector. En este caso, no tenemos que golpear un solo átomo en un medio, tenemos que obligar a un isótopo altamente ionizado a atrapar un muón cargado en un orbital. Y puede estar en el vacío (aunque sé que el experimento actual está lleno de gas). Esto parece difícil, pero no completamente loco.

2. Otro enfoque más puede ser el uso de hidrógeno muónico, deuterio y tritio o, tal vez incluso helio muónico, en lugar de neutrones para irradiar objetivos y "saltar" sobre isótopos de vida corta, como 258Fm ("brecha de fermio")[10]. Al igual que en la fusión catalizada por muones, se puede usar un isótopo de hidrógeno protegido con muones en lugar de un neutrón . .

• No sé cuán factible es esto, pero dado que se propuso el uso de explosivos termonucleares[11] como una forma de "saltar" la brecha de Fermium...

3. Tal vez al sincronizar el haz de iones con el haz de muones, podemos crear mediante la captura de muones un haz de isótopos radiactivos "sobre la marcha".

• Dudo mucho que esto sea posible y la intensidad del haz caerá según las órdenes de todos modos...

Hice esta pregunta en ResearchGate hace algún tiempo, aquí hay un enlace en caso de que surja algo allí... https://www.researchgate.net/post/Can_muons_be_used_to_reach_the_island_of_stability_of_superheavy_elements

[0] https://en.wikipedia.org/wiki/Island_of_stability

[1] V. Zagrebaev, A. Karpov y W. Greiner, "Futuro de la investigación de elementos superpesados: ¿Qué núcleos podrían sintetizarse en los próximos años?", J. Phys. Conf. Ser., vol. 420, pág. 012001, marzo de 2013, doi: 10.1088/1742-6596/420/1/012001.

[2] S. Cook et al., "Entrega del haz de muones más intenso del mundo", Phys. Rev. Acel. Vigas, vol. 20, núm. 3, pág. 030101, marzo de 2017, doi: 10.1103/PhysRevAccelBeams.20.030101.

[3] Colaboración MICE, "Demostración de enfriamiento por el experimento de enfriamiento de ionización de muones", Nature, vol. 578, núm. 7793, págs. 53–59, febrero de 2020, doi: 10.1038/s41586-020-1958-9.

[4] IH Hashim et al., “Producción de isótopos nucleares por reacción ordinaria de captura de muones”, Nucl. instrumento Métodos Phys. Res. Secta. Acelerar Los espectrómetros detectan. Asoc. Equipo, vol. 963, pág. 163749, mayo de 2020, doi: 10.1016/j.nima.2020.163749.

[5] K. Nagamine, Introducción a la ciencia de los muones. cambridge; Nueva York: Cambridge University Press, 2003.

[6] DF Measday, "La física nuclear de la captura de muones", Phys. Rep., vol. 354, núm. 4–5, págs. 243–409, noviembre de 2001, doi: 10.1016/S0370-1573(01)00012-6.

[7] DF Measday, TJ Stocki, R. Alarcon, PL Cole, C. Djalali y F. Umeres, “Comparation of Muon Capture in Light and in Heavy Nuclei”, en AIP Conference Proceedings, 2007, vol. 947, págs. 253–257, doi: 10.1063/1.2813812.

[8] S. Dmitriev, M. Itkis e Y. Oganessian, "Estado y perspectivas de la fábrica de elementos superpesados ​​de Dubna", EPJ Web Conf., vol. 131, pág. 08001, 2016, doi: 10.1051/epjconf/201613108001.

[9] YT Oganessian y SN Dmitriev, “Síntesis y estudio de las propiedades de los átomos superpesados. Fábrica de Elementos Superpesados”, Russ. química Rev., vol. 85, núm. 9, págs. 901–916, septiembre de 2016, doi: 10.1070/RCR4607.

[10] VI Zagrebaev, AV Karpov, IN Mishustin y W. Greiner, "Producción de núcleos ricos en neutrones pesados ​​y superpesados ​​en procesos de captura de neutrones", Phys. Rev. C, vol. 84, núm. 4, pág. 044617, octubre de 2011, doi: 10.1103/PhysRevC.84.044617.

[11] HW Meldner, "Síntesis de elementos superpesados", Phys. Rev. Lett., vol. 28, núm. 15, pág. 4, 1972.