Peter Tucker
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Brandendo raggi di protoni e laser, i fisici hanno svelato per la prima volta uno dei segreti chiave dell'elemento naturale più raro sulla Terra: l'astato..
L'astato è un "alogeno", nel senso che condivide le proprietà chimiche con fluoro, cloro, bromo e iodio (tutti elementi che tipicamente si legano ai metalli per formare sali). Ma con 85 protoni, è più pesante del piombo ed è straordinariamente raro sulla Terra - il più raro degli elementi che si trovano naturalmente nella crosta terrestre, secondo il libro del 2011 del chimico John Emsley "Nature's Building Blocks" (Oxford University Press). Si forma dalla decomposizione dell'uranio e del torio e la sua versione più stabile, o isotopo, (chiamata astato-210) ha un'emivita di appena 8,1 ore, quindi se ne trovassi una scorta al mattino, metà sarebbe sparita entro la sera.
È così raro che fino a poco tempo i ricercatori non fossero mai riusciti a raccoglierne abbastanza per testare come interagisce con gli elettroni. Questo è un problema, in parte perché uno dei suoi isotopi radioattivi, l'astato-211 ha il potenziale per essere utile nelle terapie contro il cancro. Ma i ricercatori non erano sicuri di quanto fosse probabile attrarre elettroni e formare ioni negativi, che potrebbero essere dannosi per le cellule sane. Un nuovo documento cambia la situazione.
Il progetto per comprendere l'astato si è svolto presso ISOLDE, la parte del centro di ricerca sulla fisica delle particelle del CERN, fiore all'occhiello dell'Unione Europea, che si concentra sull'esplosione di fasci di protoni contro bersagli caldi e pesanti composti da diversi elementi chimici
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Per questo sforzo, i ricercatori hanno sparato ai protoni contro un bersaglio costituito da atomi di torio, un elemento instabile con 90 protoni. Ciò ha prodotto un'infarinatura di nuovi atomi, tra cui l'astato-211.
Filtrando l'astato-211 dal resto degli atomi, i ricercatori hanno costruito una scorta abbastanza grande della sostanza radioattiva in continuo decadimento da utilizzare nei loro esperimenti laser. La luce focalizzata può respingere gli elettroni su un atomo, consentendo ai ricercatori di effettuare misurazioni precise del loro comportamento.
In un precedente articolo, pubblicato nel 2013 sulla rivista Nature Communications, il team di ISOLDE ha misurato l'energia di ionizzazione dell'astato: quanto è difficile rimuovere un elettrone dall'atomo. Ora, in un articolo del 30 luglio, pubblicato anche su Nature Communications, hanno calcolato la sua affinità elettronica: quanto facilmente l'isotopo attrae nuovi elettroni.
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L'energia di ionizzazione era di circa 9,31752 elettronvolt. L'affinità elettronica è di circa 2,41579 elettronvolt. Insieme, questi due numeri formano un quadro completo di come l'elemento pesante e raro interagisce con gli elettroni. (Le implicazioni pratiche complete di questi numeri richiederanno anni per essere comprese, ma determinarle con precisione è un grande ostacolo superato.)
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ISOLDE ha strombazzato il risultato come conferma del lavoro di modellazione teorica che era stato svolto contemporaneamente in laboratorio. La conseguenza immediata di questo risultato potrebbe essere per la ricerca sul cancro, ha detto ISOLDE. Astatine-211 rilascia particelle alfa mentre decade, punte radioattive costituite da protoni e neutroni che possono uccidere le cellule tumorali. Ma determinare come utilizzare i sali radioattivi dell'astato nelle terapie antitumorali richiede una profonda comprensione di come l'elemento crea ioni negativi. Quando l'astato cattura gli elettroni dalle molecole nelle cellule sane del corpo, li trasforma in ioni negativi, che possono danneggiare le cellule sane. I ricercatori hanno bisogno di una comprensione precisa di quel processo per fornire le migliori terapie.
Alla fine, ha detto l'ISOLDE, le loro tecniche potrebbero svelare il mistero dei super-pesanti - elementi che esistono solo brevemente nei laboratori in piccole quantità con proprietà che gli scienziati capiscono a malapena..
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