El año pasado, los físicos de TU Darmstadt pusieron en duda nuestra comprensión actual de la interacción entre los electrones y los núcleos atómicos, y ahora están subiendo la apuesta al proponer una solución a este llamado "rompecabezas hiperfino". Nuevas medidas de las propiedades magnéticasde núcleos atómicos de bismuto ahora se publican en un artículo en la revista Cartas de revisión física.
El espectro óptico de cualquier átomo dado es el resultado de la interacción entre la luz y los electrones dentro de la capa atómica. Las mediciones ultra precisas pueden incluso revelar los efectos de la estructura interna del núcleo atómico, que se conoce como "estructura hiperfina ". Al medir la estructura hiperfina de iones altamente cargados con pocos electrones restantes, los investigadores de TU Darmstadt encontraron una discrepancia entre las divisiones teóricamente predichas y determinadas experimentalmente: estas discrepancias observadas empíricamente se denominaban" rompecabezas hiperfino ", yplanteó la cuestión de si la interacción entre los pocos electrones unidos al núcleo atómico y el núcleo mismo, bajo la influencia de los campos magnéticos predominantemente enormes y fuertes, se entiende completamente. El siguiente paso para resolver el rompecabezas fue volver a determinar elintensidad del campo magnético dentro del núcleo atómico: las predicciones teóricas dependen en gran medida de este parámetro, wque debe determinarse experimentalmente.
Los físicos de los grupos de trabajo del Prof. Wilfried Nörtershäuser y el Prof. Michael Vogel del Instituto de Física Nuclear y el Instituto de Física de la Materia Condensada, respectivamente, en la TU Darmstadt estaban colaborando para volver a medir la fuerza del campo magnético: elllamado momento magnético: utilizando la espectroscopía de resonancia magnética nuclear, que se usa en medicina donde se conoce como IRM. Se basa en el principio de que los núcleos atómicos tienen un campo magnético, si ellos, como el isótopo de bismuto bajo investigación,tienen un giro nuclear. Los polos norte y sur están orientados a lo largo del eje de giro y se alinearán con el eje del campo magnético de un campo magnético externo. La orientación de los imanes nucleares puede invertirse irradiando los átomos bajo investigación con ondas de radio de unfrecuencia apropiada, y se puede observar este efecto. La frecuencia de las ondas de radio a las que los polos cambian de dirección depende del momento magnético.La frecuencia permite deducir el valor del momento magnético.
Para lograr esto, los investigadores introdujeron una solución acuosa enriquecida con iones de bismuto en un imán superconductor y lo irradiaron con frecuencias de radio a través de una pequeña bobina hasta que registraron una inversión de polaridad en los iones de bismuto.
El desafío al hacer esto es que el entorno de los iones, es decir, los átomos a los que está unido, así como el fluido en el que se disuelve, cambia el campo magnético externo en la vecindad del núcleo atómico, que, ena su vez, afecta la medición precisa del momento magnético. Este efecto disruptivo debe sustraerse del cálculo, para lo cual un grupo de físicos teóricos altamente especializados fueron realizados por un grupo de físicos teóricos en la Universidad de San Petersburgo y en elHelmholtz Institute Jena. Se hizo evidente que el efecto era mucho mayor de lo esperado cuando se usaban soluciones de nitrato de bismuto, lo que significa que las medidas tomadas con la ayuda de soluciones de nitrato de bismuto son evidentemente inadecuadas.
Los investigadores finalmente lograron un avance al usar un compuesto organometálico complejo, que libera iones de hexafluoridobismuthate V en solución orgánica. Los científicos con sede en Darmstadt recibieron el apoyo de un grupo de investigación especializado en química de flúor en la Universidad de Marburg, que produjo unmuestra de la sustancia requerida. Por lo tanto, fue posible medir curvas de resonancia mucho más estrechas y hacer declaraciones más precisas sobre el momento magnético del núcleo. Además, desde la perspectiva teórico cuántica, se pueden realizar cálculos mucho más precisos para este sistemaque anteriormente había sido posible para el nitrato de bismuto.
Los investigadores utilizaron el valor recién calculado para el momento magnético del isótopo de bismuto estable e hicieron una predicción teórica de la división hiperfina que se divide dentro de los iones altamente cargados. Los valores obtenidos están muy de acuerdo con los resultados del anteriorinformó mediciones espectroscópicas con láser. "Sería demasiado pronto para afirmar que esto representa la solución completa para el rompecabezas hiperfino", explica el profesor Wilfried Nörtershäuser del Instituto de Física Nuclear de la TU Darmstadt, y continúa diciendo: "sin embargo, esSin duda, una parte importante de la solución. Todavía se necesitan más experimentos para lograr una claridad completa sobre la interacción entre el núcleo atómico y la cubierta y, por lo tanto, para verificar las predicciones teóricas de la naturaleza de la mecánica cuántica en campos muy fuertes ".Comprender mejor la compleja influencia de la capa de electrones en las mediciones de los momentos magnéticos nucleares, los científicos de TU Darmstadt ahora quieren coRealice mediciones de momentos magnéticos nucleares en núcleos atómicos con un solo electrón unido o sin capa de electrones.Según Nörtershäuser, tales experimentos se preparan en el Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados en Darmstadt, involucrando también a otros grupos de trabajo de TU Darmstadt.
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Materiales proporcionado por Technische Universität Darmstadt . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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