Hace poco más de una década, los científicos llevaron los átomos de magnesio a nuevos límites, introduciendo neutrones adicionales en sus núcleos hacia, y posiblemente alcanzando, el límite máximo para este elemento.
Ahora, un equipo internacional dirigido por científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía Berkeley Lab ha reproducido este sistema exótico, conocido como magnesio-40, y ha descubierto nuevas y sorprendentes pistas sobre su estructura nuclear.
"El magnesio-40 se encuentra en una intersección donde hay muchas preguntas sobre cómo se ve realmente", dijo Heather Crawford, científica del personal de la División de Ciencias Nucleares en Berkeley Lab y autora principal de este estudio, publicada en línea en febrero.7 en el Cartas de revisión física diario. "Es una especie extremadamente exótica"
Si bien el número de protones que tienen una carga eléctrica positiva en su núcleo atómico define el número atómico de un elemento, donde se encuentra en la tabla periódica, el número de neutrones que no tienen carga eléctrica puede diferir.El tipo de átomo de magnesio más común y estable que se encuentra en la naturaleza tiene 12 protones, 12 neutrones y 12 electrones que tienen una carga negativa.
Los átomos del mismo elemento con diferentes recuentos de neutrones se conocen como isótopos. El isótopo de magnesio-40 Mg-40 que los investigadores estudiaron tiene 28 neutrones, que pueden ser el máximo para átomos de magnesio. Para un elemento dado, el máximoel número de neutrones en un núcleo se conoce como la "línea de goteo de neutrones": si intenta agregar otro neutrón cuando ya está en su capacidad, el neutrón adicional "goteará" inmediatamente fuera del núcleo.
"Es extremadamente rico en neutrones", dijo Crawford. "No se sabe si Mg-40 está en la línea de goteo, pero seguramente está muy cerca. Este es uno de los isótopos más pesados que puede alcanzar experimentalmente cerca de la línea de goteo"
La forma y estructura de los núcleos cerca de la línea de goteo es particularmente interesante para los físicos nucleares porque puede enseñarles cosas fundamentales sobre cómo se comportan los núcleos en los extremos de la existencia.
"La pregunta interesante en nuestras mentes todo el tiempo, cuando te acercas tanto a la línea de goteo, es: '¿Cambia la forma en que los neutrones y los protones se organizan?'", Dijo Paul Fallon, científico principal en Nuclear de Berkeley LabDivisión de Ciencias y coautora del estudio: "Uno de los objetivos principales del campo de la física nuclear es comprender la estructura desde el núcleo de un elemento hasta la línea de goteo".
Una comprensión tan fundamental puede informar teorías sobre procesos explosivos como la creación de elementos pesados en fusiones y explosiones de estrellas, dijo.
El estudio se basa en experimentos en la Fábrica de Rayos Isótopos Radiactivos de Japón RIBF, que se encuentra en el Centro RIKEN Nishina para la Ciencia Basada en el Acelerador en Wako, Japón. Los investigadores combinaron el poder de tres ciclotrones - un tipo de acelerador de partículasdesarrollado por primera vez por el fundador de Berkeley Lab, Ernest Lawrence, en 1931, para producir haces de partículas de muy alta energía que viajan a aproximadamente el 60 por ciento de la velocidad de la luz.
El equipo de investigación utilizó un potente haz de calcio-48, que es un isótopo estable de calcio con un número mágico de protones 20 y neutrones 28, para golpear un disco giratorio de carbono de varios milímetros de espesor.
Algunos de los núcleos de calcio-48 se estrellaron contra los núcleos de carbono, en algunos casos produciendo un isótopo de aluminio conocido como aluminio-41. El experimento de física nuclear separó estos átomos de aluminio-41, que luego se canalizaron para alcanzar un grosor de centímetrosobjetivo de plástico CH2. El impacto con este objetivo secundario derribó un protón de algunos de los núcleos de aluminio-41, creando núcleos de Mg-40.
Este segundo objetivo estaba rodeado por un detector de rayos gamma, y los investigadores pudieron investigar los estados excitados de Mg-40 en función de las mediciones de los rayos gamma emitidos en las interacciones haz-objetivo.
Además de Mg-40, las mediciones también capturaron las energías de los estados excitados en otros isótopos de magnesio, incluidos Mg-36 y Mg-38.
"La mayoría de los modelos dijeron que el Mg-40 debería ser muy similar a los isótopos más ligeros", dijo Crawford. "Pero no fue así. Cuando vemos algo que se ve muy diferente, entonces el desafío es que nuevas teorías capturen todosesta."
Debido a que las teorías ahora no están de acuerdo con lo que se vio en los experimentos, se necesitan nuevos cálculos para explicar lo que está cambiando en la estructura de los núcleos de Mg-40 en comparación con Mg-38 y otros isótopos.
Fallon dijo que muchos cálculos sugieren que los núcleos de Mg-40 están muy deformados y posiblemente tienen forma de fútbol, por lo que los dos neutrones añadidos en Mg-40 pueden estar zumbando alrededor del núcleo para formar un llamado núcleo de halo en lugar de incorporarseen la forma exhibida por los isótopos vecinos de magnesio.
"Especulamos sobre algo de la física, pero esto tiene que ser confirmado por cálculos más detallados", dijo.
Crawford dijo que las mediciones y la teoría adicionales funcionan en Mg-40, y que los isótopos cercanos podrían ayudar a identificar positivamente la forma del núcleo de Mg-40 y explicar qué está causando el cambio en la estructura nuclear.
Los investigadores observaron que la Instalación de física nuclear para raras isotópicas raras, una nueva Instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE que se está construyendo en la Universidad Estatal de Michigan, combinada con la matriz de seguimiento de energía de rayos gamma GRETA que se construirá en Berkeley Lab,permitir más estudios de otros elementos cerca de la línea de goteo nuclear.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :