GRUNDÄMNE 1-3: Stora smällen
Stora smällen födde de lättaste grundämnena
De första tre grundämnen i periodiska systemet skapades under de första 20 minuterna av universums historia. Från den extremt varma ursoppan med fria elementarpartiklar som for iväg åt alla håll uppstod enorma mängder väte och helium samt lite litium.
Stora smällen är startskottet för allt
I stora smällen föds universum som en liten, extremt tät och varm klump av energi och fri materia som utvidgas explosivt.
Partiklar flyter fritt i ursoppan
Elementarpartiklar uppstår och flyter fritt i så kallad kvarkgluon-plasma, eftersom värmen hindrar dem från att ingå föreningar.
Kvarkar förenas i enkla kärnor
Temperaturen faller tillräckligt mycket för att kvarkarna ska kunna förenas tre och tre och bilda atomernas kärnpartiklar: protoner och neutroner.
De första atomkärnorna byggs
Protoner och neutroner fusionerar till positiva kärnor av helium och litium. Vätekärnor har bara en proton, vilket innebär att alla de tre första grundämnena har skapats.
Atomkärnor fångar in elektroner
Universum svalnar till cirka 3 000 grader. Nu kan de positiva kärnorna fånga negativa elektroner, vilket innebär att de första neutrala atomerna har bildats.
GRUNDÄMNE 4-94: Stjärnor
Stjärnor skapar naturens byggstenar
Himlen är full av kraftfulla kärnreaktorer: stjärnor. Under deras liv, död och sammanstötningar byggs och sprids de grundämnen som krävs för att bygga allt i universum.
Atomer smälter samman i stjärnors inre
I en stjärnas varma kärna smälter väteatomer först samman till heliumatomer. När vätet är slut fusionerar heliumkärnorna, förutsatt att temperaturen är tillräckligt hög. Så fortsätter processen i de största stjärnorna medan allt tyngre grundämnen bildas. Järn är det tyngsta grundämne som kan bildas genom fusion.
Enorma explosioner tillför tyngre ämnen
När universums största stjärnor får slut på bränsle i form av atomer som kan fusionera i kärnan kollapsar de i en jättelik supernovaexplosion. Energin från explosionen är så våldsam att atomkärnor smälter samman till tyngre grundämnen, som slungas ut i universum.
Ädelmetaller kräver kosmiska kollisioner
Vissa supernovor efterlämnar en neutronstjärna, en mycket tät stjärna som bara är cirka 20 kilometer i diameter men som ändå väger mer än solen. Om två neutronstjärnor kolliderar uppstår naturens tyngsta grundämnen, däribland de flesta ädelmetaller.
Bor och beryllium skapas av stjärnstrålning
Grundämnena bor och beryllium bildas med hjälp av kosmisk strålning som sänds ut i universum av bland annat supernovor.
När strålning i form av partiklar med hög energi, exempelvis en proton, träffar atomkärnor av kol, kväve eller syre klyvs kärnorna till ett av de två grundämnena.
GRUNDÄMNE 95-118: Forskare
Fysikerna utökar periodiska systemet
Forskarna arbetar med partikelacceleratorer, som bygger de tyngsta grundämnena genom att smälta samman lättare atomkärnor. Processen kräver stor precision så det behövs många försök innan ett nytt grundämne uppstår.
1. Accelerator ger fart
Om forskarna vill få fram moskovium, grundämne 115, skickas lätta kalciumatomer in i en partikelaccelerator. Biljontals atomer skickas iväg varenda sekund i flera månader.
2. Tungt ämne beskjuts
Kalcium träffar tyngre atomer av americium som sitter på en roterande skiva. Vid exakt rätt kollisionskraft smälter de samman till det nya ämnet.
3. Magneter sorterar
Partiklarna från kollisionerna passerar ett magnetfält där kända grundämnen sorteras bort. Endast de tyngsta grundämnena släpps igenom.
4. Detektor hittar nytt ämne
Atomernas hastighet och massa mäts i en detektor. Där registreras det nya grundämnet samt de lättare grundämnen till vilket det snabbt sönderfaller.
Jakten på grundämne 119 har börjat
År 2016 kulminerade år av försök med fyra nya grundämnen när de godkändes av organisationen International Union of Pure and Applied Chemistry och fördes in i periodiska systemet. Ämnena har siffrorna 113, 115, 117 och 118 och fyller ut de sista lediga platserna i systemets sjunde period.
Fysiker vid det japanska forskningscentrumet Riken har börjat leta efter grundämne 119, som har fått det preliminära namnet ununennium. Rikens direktör Hideto En’yo tror att både grundämne 119 och 120 kommer att upptäckas före år 2023. I så fall blir dessa grundämnen de första i periodiska systemets åttonde period.
De tyngsta forskarskapade grundämnena sönderfaller på bråkdelen av en sekund och kan inte användas i praktiken, men det skulle kunna finnas supertunga atomer som kan hålla ihop och därmed användas i nya material. I teorin är atomer med rätt antal kärnpartiklar, en balans mellan protoner och neutroner, stabilare.
Fysikerna letar efter en så kallad stabilitetens ö av långlivade atomer, som troligen har en kärna med antingen 114, 120 eller 126 protoner eller 172 eller 184 neutroner. Tekniken som krävs för att framställa så tunga atomer finns dock inte än.