GRUNDSTOF 1-3: Big bang
Big bang fødte de letteste grundstoffer
De første tre grundstoffer i det periodiske system blev skabt i de første 20 minutter af universets historie. Fra den ekstremt varme ursuppe med frie elementarpartikler, der skød afsted mellem hinanden, opstod enorme mængder brint og helium og en smule litium.
Big bang er startskuddet til alting
Universet bliver født ved big bang som en lille, ekstremt tæt og varm klump af energi og stof, der udvider sig eksplosivt.
Partikler flyder frit rundt i ursuppen
Elementarpartikler opstår og flyder frit rundt i såkaldt kvark-gluon-plasma, fordi varmen forhindrer, at de går sammen.
Kvarker finder sammen i simple kerner
Temperaturen falder nok til, at kvarker kan koble sig sammen tre og tre og danne atomernes kernepartikler – protoner og neutroner.
De første atomkerner bliver bygget
Protoner og neutroner fusionerer til positve kerner af helium og lithium. Brintkerner er kun en proton, så dermed er alle de tre første grundstoffer skabt.
Atomkerner indfanger elektroner
Universet er afkølet til ca. 3000 grader, og nu kan de positive kerner indfange negative elektroner: De første neutrale atomer er dannet.
GRUNDSTOF 4-94: Stjerner
Stjerner skaber naturens byggesten
Himlen er fuld af kraftige kernereaktorer: stjerner. Gennem deres liv, død og sammenstød bygges og spredes de grundstoffer, der er nødvendige for at bygge alt i universet.
Atomer smelter sammen i stjerners indre
I en stjernes varme kerne smelter brintatomer først sammen til heliumatomer. Når brinten er opbrugt, fusionerer heliumkernerne, hvis temperaturen er høj nok. Sådan fortsætter processen i de største stjerner, mens stadigt tungere grundstoffer opstår. Jern er det tungeste grundstof, fusionen kan bygge.
Enorme eksplosioner tilføjer tungere stoffer
Når universets største stjerner løber tør for brændstof i form af atomer, der kan fusionere i kernen, kollapser de i en gigantisk supernova-eksplosion. Energien fra eksplosionen er så voldsom, at atomkerner smelter sammen til tungere grundstoffer, der kastes ud i universet.
Ædelmetaller kræver kosmiske kollisioner
Nogle supernovaer efterlader en neutronstjerne – en meget tæt stjerne, der kun er ca. 20 km i diameter, men vejer mere end Solen. Hvis to neutronstjerner støder sammen, opstår de tungeste grundstoffer, der findes i naturen, inklusive de fleste ædelmetaller.
Bor og beryllium bliver skabt af stjernestråler
Grundstofferne bor og beryllium bliver dannet ved hjælp af kosmisk stråling, der sendes ud i universet af blandt andet supernovaer.
Når strålingen i form af partikler med høj energi som fx en proton rammer atomkerner fra kulstof, kvælstof eller ilt, spaltes kernerne til et af de to grundstoffer.
GRUNDSTOF 95-118: Forskere
Fysikere udvider det periodiske system
Forskerne fortsætter naturens arbejde i partikelacceleratorer, der bygger de tungeste grundstoffer ved at smelte lettere atomkerner sammen. Processen kræver stor præcision og derfor uhyre mange forsøg, før et nyt grundstof opstår.
1. Accelerator giver fart
Hvis forskerne vil skabe grundstof 115, moscovium, sendes lette kalciumatomer ind i en partikelaccelerator. Billioner af atomer sendes afsted hvert sekund i flere måneder.
2. Tungt stof beskydes
Kalcium rammer tungere atomer af americium, der sidder på en roterende skive. Ved præcis den rigtige kollisionskraft smelter de sammen til det nye stof.
3. Magneter sorterer
Partiklerne fra sammenstødene farer gennem et magnetfelt, hvor de kendte grundstoffer frasorteres. Kun de tungeste grundstoffer farer videre.
4. Detektor finder nyt stof
Atomernes hastighed og masse måles i en detektor. Her registreres det nye grundstof og de lettere grundstoffer, som det hurtigt henfalder til.
Jagten på grundstof 119 er gået ind
I 2016 kulminerede flere års forsøg med fire nye grundstoffer, da stofferne blev godkendt af International Union of Pure and Applied Chemistry og ført ind i det periodiske system.
Stofferne har numrene 113, 115, 117 og 118 og udfylder de sidste ledige pladser i systemets syvende periode.
Fysikere ved det japanske forskningscenter Riken er begyndt at lede efter grundstof 119, der foreløbig har fået navnet ununennium. Rikens direktør, Hideto En’yo, mener, at både grundstof 119 og 120 bliver opdaget inden 2023. I så fald bliver grundstofferne de første i det periodiske systems ottende periode.
De tungeste forskerskabte grundstoffer henfalder på en brøkdel af et sekund og kan ikke bruges i praksis, men måske findes der supertunge atomer, der kan holde og fx udnyttes i nye materialer. Teoretisk er atomer med det rette antal kernepartikler – en balance mellem protoner og neutroner – mere stabile.
Fysikerne leder efter en såkaldt stabilitetens ø af langlivede atomer, der formentlig har en kerne med 114, 120 eller 126 protoner og 172 eller 184 neutroner. Teknologien til at fremstille så tunge atomer eksisterer dog ikke endnu.