Det pågår ett race, en vetenskaplig kapplöpning om att hitta nästa, och nästa och nästa nya grundämne. Kärnfysiker från Lund tillhör världens främsta inom fältet.

– Tänk att få vara med och namnge ämnet lundium, säger Sven Åberg, professor i fysik.

Anta att världsrekordet i att stapla drickabackar ligger på 115 backar. Du vill väldigt gärna slå det där rekordet. Tyvärr får du inte stapla bitarna för hand. Sådana är förutsättningarna. Det enda du kan göra är att släppa ner dem från en lyftkran och hoppas att slumpen ska arrangera dem i ett torn.

Däremot får du försöka många gånger. Miljontals gånger. Inte heller ställs några större krav på stabilitet. Det räcker med att tornet står någon millisekund. Ja, ditt rekordtorn kommer förmodligen att vara så instabilt att du inte hinner se det.

Så det enda du har att jobba med, om du vill bevisa att tornet faktiskt existerat, är braket när backarna faller i marken, vibrationerna när de träffar asfalten och mätningar av var bitarna ramlar.

This image has an empty alt attribute; its file name is b2gb4e7exsmqffrud6k352o3n5q.jpeg
En förenklad version av nuklidkartan, som schematiskt beskriver egenskaper hos de supertunga grundämnena.

Så du släpper lass efter lass av läskbackar. Mäter kraschen på alla upptänkliga vis. Och jo, emellanåt visar dina data att tornet faktiskt funnits. Högt, vingligt. 113 backar, 114, backar, 118 backar. Hur högt kan det egentligen bli, det där tornet?

I ett arbetsrum på avdelningen för kärnfysik vid Lunds universitet sitter tre medelålders herrar som ägnat sitt liv åt att räkna på hypotetiska torn av drickabackar, ungefär på det här sättet. Fast det handlar förstås inte om torn av läskbackar, utan om superstora atomer. Atomer av helt nya slag – nya grundämnen.

Oerhört svåra att skapa, lika svåra att mäta. Djup grundforskning, läran om materiens inre krafter. Som förmodligen inte blir någon fiffig innovation i övermorgon, men som ger något annat.

– I grunden är det en kulturell fråga, skulle jag vilja säga. Allt i universum består av atomer. Det vi gör handlar om att förstå dem, förstå de krafter som verkar inne i dem, säger Sven Åberg.

Försök att systematisera tillvarons beståndsdelar har gjorts i tusentals år. Embryot till dagens system föddes i början av 1800-talet, men det var inte förrän strax innan första världskriget som den unge brittiske fysikern Henry Moseley skapade det moderna periodiska systemet, där grundämnena ordnas efter antalet protoner i atomkärnan.

Ett nittiotal grundämnen kunde ganska snart bestämmas: från de vardagliga som kol och järn till exotiska, som protactinium (atomnummer 91). Sedan gick det trögare. Ända in på 1930-talet trodde ingen på tyngre atomer än nummer 92.

De senaste decennierna har dock utforskandet tagit ny fart. Nya metoder att skapa superatomer har tillkommit och i slutet av 2015 godkändes flera nya tillägg till det periodiska systemet: grundämnena med atomnummer 113, 115, och 117.

Bakom ett av godkännandena, av ämne nummer 115, låg forskning från Lund.

– Vi använde en helt ny metod att se på sönderfallet: vi undersökte fotonerna. Och genom att titta på fotonerna kunde vi faktiskt bekräfta att element 115 är upptäckt, säger Claes Fahlander.

Det finns också goda skäl att anta att upptäcktsresan mot nya grundämnen kommer att fortsätta. Näst i tur står förmodligen de ännu okända ämnena 119 och 121.

Det är ingen slump att Lunds fysiker ligger långt framme. Det finns en drygt femtioårig tradition att falla tillbaka på, inledd av pionjären Sven Gösta Nilsson (1927-1979), professor i matematisk fysik.

– Han satte ihop modeller som gjorde att man göra beräkningar av vissa egenskaper hos de supertunga grundämnena, säger Sven Åberg.

– Från den tiden har vi en väldigt stark teoritradition i Lund. Grundämnenas symbolvärde, chansen att få namnge en av naturens beståndsdelar, och den stora äran som ligger i en sådan upptäckt – har gjort jakten på nästa superheavy till en internationell kapplöpning.

– Det är fyra labb i världen som arbetar med det här. Riken i Japan, Berkeley i USA, Dubna i Ryssland och så GSI i Darmstadt, där vi gör våra experiment, berättar professorer Dirk Rudolph.

This image has an empty alt attribute; its file name is svqsrtuchrr_ap8cps437xz0omk.jpeg
En bild inifrån acceleratorn i Darmstadt. I den accelereras de kalciumjoner som används för att skapa nya grundämnen.

Namnen på de nya grundämnena speglar laboratoriernas placering: dubnium, darmstadtium, berkelium.

En indikation på forskningsområdets snabba framsteg är ett symposium som hålls i helgen. Nobelstiftelsen har beviljat medlen och världens ledande grundämnesjägare kommer att samlas på Bäckaskogs slott mellan Kristianstad och Sölvesborg.

– Det behöver ju inte betyda att det här området kommer att tilldelas ett Nobelpris, säger Sven Åberg. Fast det kan ju vara en fingervisning om hur Vetenskapsakademin ser på den här forskningen.

– Och så gick det väldigt lätt att få deltagarna att tacka ja, den här gången!

Två motsatta krafter avgör om en atomkärna ska falla sönder eller hålla samman. Elektromagnetismen verkar repellerande, det vill säga för ett sönderfall. Den starka kraften verkar för att bevara kärnan intakt. Kraftmätningen dem emellan sätter gränser för hur tunga grundämnen kan vara. I princip blir kärnan mer instabil ju större den här.

Men så finns det undantag. Genom olika komplicerade kvantmekaniska effekter skulle vissa kombinationer av protoner och elektroner – man talar om ”magiska tal” – kunna bli stabila.

– Där är vi inte än. Men i framtiden skulle vi kanske kunna hitta riktigt stabila ämnen, säger Sven Åberg. Denna klass av stabila ämnen förutsågs av Sven Gösta Nilsson redan 1969. Idag kallas den ofta island of stability, stabilitetsön.

– Den är något av en helig graal. Och det är en av drivkrafterna för experimentalisterna, att försöka producera sådana stabila, supertunga element, säger Claes Fahlander.

Hur ska då de nya, supertunga atomerna skapas? Här har en standardmetod etablerats, som går ut på att man bombarderar en variant av grundämnet berkelium med atomer av calcium eller titanium.

I smällen uppstår de nya megaatomerna. Och precis som i fallet med vårt vingliga torn är de nya ämnena ytterst kortlivade. En tydlig trend är nämligen att varje nytt grundämne, likt ett allt högre staplat torn, blir allt mer instabilt.

This image has an empty alt attribute; its file name is 6pnpoaxa1-ron6tknhle5kserce-1.jpeg

Att en superatom över huvud taget ska bildas är för övrigt enormt osannolikt. Det gör att miljoner och åter miljoner repetitioner av samma bombardemang behövs och att experimenten pågår i månader i sträck.

– Och ju tyngre elementen blir, desto lägre är sannolikheten att det överlever, säger Sven Åberg.

Atomkrocken som skapar kärnan sker i en liten kammare, omgiven av hyperkänsliga detektorer. Detektorerna registrerar de restprodukter som uppstår när atomerna faller samman; främst alfapartiklar, gamma- och röntgenstrålning, data som blir forskarnas råmaterial.

Vad gäller utvecklingen av detektorer har Lundaforskarna just nu vind i seglen i form av ett bidrag på 38 miljoner kronor från Wallenbergsstiftelserna – pengar som ska ge tio gånger högre ”upplösning” av sönderfallsprocessen. Därtill byggs en ny accelerator i Darmstadt.

– Tillsammans kommer detta att öka kapaciteten med en faktor tio och ge oss möjlighet att upptäcka ännu tyngre grundämnen, säger Dirk Rudolph. Minst fyra till borde vi kunna se, kanske uppemot 122 och 123 inom de närmaste tio åren. Men det kostar.

– Vi lägger till exempel 15 miljoner på en ny fotondetektor. Då får vi kapaciteten som gör det lönt att ens försöka leta efter ämnena 122 eller 123, säger Dirk Rudolph.

– Att leta efter en nål i en höstack är hur enkelt som helst jämfört med det här, säger Claes Fahlander.

Vad är då värdet av de lika aparta som flyktiga grundämnena? En del är en fördjupade kunskaper kring mätning av strålning, som används mycket i analyser i bland annat miljöforskning. Men så finns det också oväntade, framtida användningsområden.

Dirk Rudolph tar ett exempel, ämnet americium (atomnummer 95) som upptäcktes 1945 under det amerikanska kärnvapenprogrammet. Då bedömdes det helt sakna praktisk tillämpning.

– Sedan 1960-talet ingår det i alla brandvarnare och har med andra ord sparat mängder med liv, säger Dirk Rudolph.

– Vi vet ju inte idag hur mycket av ämnena i den är stabilitetens ö vi kan producera om trettio, fyrtio eller femtio år – och hur de kan användas.

På ett djupare plan är det också så att 99,9 procent av all materia i universum är atomkärnor. Och alla hålls de samman av den starka kraften. Att förstå hur naturen är uppbyggd – och hur vi kan existera – är i grunden ett kärnfysiskt problem. Med andra ord: att leta efter nya grundämnen ger kunskaper om hur materien är uppbyggd.

Namnet på deras forskningsansökan – och på den nya mätstation som nu byggs – skvallrar också om en annan dröm, den om vetenskaplig odödlighet. Mätstationen bär nämligen namnet Lundium.

– Det är ju något av en dröm att Lund skulle kunna få vara med och namnge ett av de nya grundämnena, säger Sven Åberg. Lundium skulle ju kunna vara ett sådant namn.

Publicerat i Sydsvenskan 27 jan 2018.