Фізики вперше кількісно описали структуру ядерної та електронної оболонок оганесона - найважчого з синтезованих на даний момент елементів. Через те, що у нього дуже короткий період напіврозпаду, зробити це поки вдалося тільки за допомогою чисельного моделювання. За допомогою нього, наприклад, вдалося підтвердити частковий перехід від вираженої структури електронних оболонок до стану фермі-газу, особливо виражений для валентного рівня, повідомляють автори статті в.
Оганесон - найважчий з синтезованих на даний момент елементів, офіційно включений в таблицю Менделєєва в кінці 2016 року. Його порядковий номер - 118, і він замикає сьомий період таблиці Менделєєва, тобто володіє структурою інертного газу. У єдиного з хоч скільки-то стійких на даний момент нуклідів оганесона масове число дорівнює 294, і отримують його злиттям ядер кальцію-48 і каліфорнія-249. При цьому через дуже короткий період напіврозпаду (всього близько 1 мілісекунди), властивості його електронної структури неможливо вивчити за допомогою хімічних реакцій (найважчий з елементів, властивості якого вдалося вивчити хімічно, - це флеровий, період напіврозпаду якого на три порядку більший і становить близько 2 секунд). Тому вивчати хімічні властивості або хоча б структуру електронних оболонок оганесона доводиться непрямими методами або за допомогою комп'ютерного моделювання і чисельного розрахунку.
Група фізиків з Нової Зеландії, Норвегії та США під керівництвом Вітольда Назаревіца (Witold Nazarewicz) з Університету штату Мічиган для дослідження структури електронної та ядерної оболонок оганесона використовувала метод розрахунку функції локалізації ферміонів (електронів - для електронних оболонок і нуклонів - для ядерних). Значення функції, близькі до одиниці, відповідають областям, в яких ймовірність знайти дві однакових частинки близько один одному дуже мала, тобто фактично - областям поділу електронних оболонок. Якщо ж функцію локалізації нормувати на кінетичну енергію Томаса - Фермі, то значення в 1/2 буде відповідати однорідно розподіленому фермі-газу. тобто чим більш контрастним буде розподіл функції локалізації ферміонів, тим більше виражена структура буде характерна для електронних оболонок.
Очікувалося, що в разі оганесона оболонкова структура почне поступово руйнуватися і переходити в стан фермі-газу. Щоб переконатися в тому, що такий перехід дійсно спостерігається, автори роботи порівняли структуру електронних оболонок, розраховану методом Хартрі - Фока для нерелятивістського випадку, і методом Хартрі - Фока - Дірака з урахуванням релятивістських поправок. Отримані дані вчені порівняли з результатами аналогічних розрахунків для інертних газів шостого і п'ятого періоду: радона і ксенона.
Виявилося, що релятивістські ефекти дійсно мають досить значний вплив на електронну структуру оганесона, дуже сильно розмивають її, частково перетворюючи на фермі-газ (особливо це помітно на валентному рівні). Вони також позначаються і на деяких фізичних властивостях оганесона, зокрема збільшують енергію іонізації відразу на 227 кілоелектронвольт. Для радону і ксенона ж такі ефекти не спостерігаються, і релятивістська і нерелятивістська моделі призводять до отримання практично однакових результатів з добре сформованими електронними оболонками.
Отримані дані підтвердили розраховані в попередніх роботах дуже велике спін-орбітальне розщеплення верхньої заповненої електронної оболонки (7p), яке досягає практично 10 електронвольт. Це розщеплення пояснює і той факт, що оганесон, незважаючи на електронну структуру інертного газу, за своїми хімічними властивостями від інертних газів дуже сильно відрізняється, і перший з 18 групи має позитивну енергію споріднення до електрону (тобто сам прагне електрон захопити).
Крім електронних оболонок оганесона, фізики також змоделювали і ядерні оболонки атома, розрахувавши функції локалізації протонів і нейтронів в ядрі за допомогою теорії функціоналу щільності. Виявилося, що перехід до стану фермі-газу спостерігається в надважкому ядрі оганесона і для ядерних оболонок: крім зовнішнього шару, такий стан характерний і для деяких з внутрішніх оболонок. При цьому нейтрони в ядрі в цілому виявилися значно менш локалізовані і схильні до утворення газового стану, ніж протони.
Автори дослідження стверджують, що на основі отриманих ними результатів можна оцінити хімічні та фізичні властивості навіть нестійких надважких елементів, і кількісно оцінити перехід від оболонкової електронної структури до стану електронного газу за рахунок релятивістських ефектів.
Нещодавно двоє авторів цієї статті використовували подібний підхід для чисельного моделювання злиття двох важких ядер. В результаті їм вдалося виявити проміжні осцилюючі стани, стійкість кластерної системи в яких визначає кінцевий продукт ядерної реакції.