GRUNDSTOF 1-3: Big bang
Big bang fødte de lette grunnstoffene
De første tre grunnstoffene ble skapt i de første 20 minuttene av universets historie. Fra den ekstremt varme ursuppen med frie elementærpartikler som skjøt av sted mellom hverandre, oppsto enorme mengder hydrogen og helium og litt litium.
Big bang er startskuddet til alt
Universet blir født ved big bang som en ekstremt tett og varm klump av energi og materie som utvider seg eksplosivt.
Partikler flyter fritt rundt i ursuppen
Elementærpartikler oppstår og flyter fritt rundt i kvark-gluon-plasma fordi varmen forhindrer at de holder sammen.
Kvarker finner sammen til enkle kjerner
Temperaturen faller nok til at kvarker kan koble seg sammen tre og tre og danne atomenes kjernepartikler – protoner og nøytroner.
De aller første atomkjernene bygges
Protoner og nøytroner fusjonerer til kjerner av helium og litium. Hydrogen er bare ett proton, så dermed er alle de tre første grunnstoffene skapt.
Atomkjerner fanger inn elektroner
Universet er avkjølt til om lag 3000 grader, og nå kan de positive kjernene fange inn negative elektroner: Nøytrale atomer blir dannet.
GRUNDSTOF 4-94: Stjerner
Stjerner skaper naturens byggesteiner
Himmelen er full av kjernereaktorer: stjerner. Gjennom sitt liv og sin død bygger og sprer de grunnstoffene som er nødvendige for å bygge alt i universet.
Atomer smelter sammen i stjernenes indre
I den varme kjernen til en stjerne smelter hydrogen først sammen til helium. Når hydrogenet er brukt opp, fusjonerer helium
hvis temperaturen er høy nok. Slik fortsetter prosessen i de største stjernene, mens stadig tyngre grunnstoffer oppstår. Jern er det tyngste grunnstoffet som kan bygges med fusjon.
Enorme eksplosjoner legger til tyngre stoffer
Når universets største stjerner går tom for drivstoff – atomer som kan fusjonere i kjernen – kollapser de i en gigantisk supernovaeksplosjon. Energien fra eksplosjonen er så voldsom at atomkjerner smelter sammen til tyngre grunnstoffer som pumpes ut i universet.
Edelmetaller krever kosmiske kollisjoner
Noen supernovaer etterlater en nøytronstjerne – en stjerne med enorm tetthet. Den er bare om lag 20 kilometer i diameter, men veier mer enn sola. Hvis to nøytronstjerner støter sammen, oppstår de tyngste grunnstoffene i naturen, blant annet edelmetallene.
Bor og beryllium blir skapt av stjernestråler
Grunnstoffene bor og beryllium blir dannet av kosmisk stråling som sendes ut i universet av blant annet supernovaer.
Når strålingen – for eksempel raske protoner – treffer atomkjerner fra karbon, nitrogen eller oksygen, spaltes kjernene til et av de to grunnstoffene.
GRUNDSTOF 95-118: Forskere
Fysikere utvider det periodiske systemet
Forskerne fortsetter naturens arbeid i partikkelakseleratorer som bygger de tyngste grunnstoffene ved å smelte sammen lettere atomkjerner. Prosessen krever stor presisjon og derfor uhyre mange forsøk før et nytt grunnstoff oppstår.
1. Akselerator gir fart
Hvis forskerne vil skape grunnstoff 115, moscovium, sendes kalsiumatomer inn i en partikkelakselerator. Billioner av atomer sendes av sted hvert sekund gjennom flere måneder.
2. Tunge stoffer beskytes
Kalsium treffer atomer av americium, som sitter på en roterende skive. Ved akkurat den riktige kollisjonskraften smelter de sammen til det nye grunnstoffet.
3. Magneter sorterer
Partiklene fra sammenstøtene farer gjennom et magnetfelt der de kjente grunnstoffene sorteres ut. Bare de tyngste grunnstoffene farer videre.
4. Detektor finner stoffet
Atomenes hastighet og masse måles i en detektor. Her registreres det nye grunnstoffet og de som det raskt henfaller til.
Jakten på grunnstoff 119 er i gang
I 2016 kulminerte flere år med forsøk i fire nye grunnstoffer. Disse stoffene ble godkjent av International Union of Pure and Applied Chemistry og ført inn i det periodiske systemet. Stoffene har numrene 113, 115, 117 og 118 og fyller ut de siste ledige plassene i systemets sjuende periode.
Fysikere ved det japanske forskningssenteret Riken har begynt å lete etter grunnstoff 119, som foreløpig har fått navnet ununennium.
Direktør Hideto En'yo mener at både grunnstoff 119 og 120 blir oppdaget før 2023. I så fall blir grunnstoffene de første i det periodiske systemets åttende periode.
De tyngste forskerskapte grunnstoffene henfaller på en brøkdel av et sekund og kan ikke brukes i praksis, men det kan kanskje finnes supertunge atomer som er mer stabile og for eksempel kan utnyttes i nye materialer.
Teoretisk er atomer med det rette antallet kjernepartikler – en balanse mellom protoner og nøytroner – mer stabile. Fysikerne leter etter en såkalt stabilitetens øy av atomer med en kjerne med 114, 120 eller 126 protoner og 172 eller 184 nøytroner. Teknologien til å produsere så tunge atomer eksisterer fortsatt ikke.