Muchos elementos pesados, como el oro, se cree que se forman en entornos cósmicos ricos en neutrones; piense en supernovas o fusiones de estrellas de neutrones. En estos escenarios extremos, Los núcleos atómicos pueden capturar neutrones rápidamente y volverse más pesados, creando nuevos elementos. En los confines del mapa nuclear, que ordena todos los núcleos conocidos de acuerdo con su número de protones y neutrones, yacen núcleos inexplorados que son cruciales para comprender los detalles de este rápido proceso de captura de neutrones. Este es especialmente el caso de los núcleos con menos de 82 protones y más de 126 neutrones.

Los investigadores que utilizan la instalación de física nuclear ISOLDE del CERN han entrado ahora en esta región casi inexplorada de la carta nuclear con un primer estudio de la estructura de neutrones del isótopo de mercurio. ²⁰⁷ Hg. Este isótopo no está directamente involucrado en el proceso de captura rápida de neutrones, o "proceso r, "pero es un vecino relativamente cercano de los núcleos del proceso r que se encuentran en esta región casi inexplorada. Como tal, ²⁰⁷ El Hg podría ayudar a revelar algunos de los secretos nucleares de los núcleos del proceso r y, por lo tanto, arrojar luz sobre el origen de los elementos pesados.

Estudiar la estructura de neutrones de ²⁰⁷ Hg, los investigadores primero tomaron ²⁰⁶ Isótopos de Hg que se produjeron junto con cientos de otros isótopos exóticos en ISOLDE al disparar un haz de protones de 1.400 millones de electronvoltios desde el Proton Synchrotron Booster sobre un objetivo de plomo fundido. los ²⁰⁶ Isótopos de Hg, que tienen un neutrón menos en el núcleo que ²⁰⁷ Hg, luego se aceleraron en el acelerador HIE-ISOLDE de la instalación a una energía de aproximadamente 1.52 mil millones de electronvoltios, la energía más alta jamás alcanzada en HIE-ISOLDE. Luego, los investigadores enfocaron la ²⁰⁶ Isótopos de Hg en un objetivo de deuterio dentro del Espectrómetro Solenoidal ISOLDE (ISS), un espectrómetro magnético recientemente desarrollado que fue capaz de revelar eventos en los que el ²⁰⁶ Los isótopos de Hg capturaron un neutrón y se volvieron excitados. ²⁰⁷ Isótopos de Hg.

Del análisis de estos eventos, los investigadores determinaron las energías de enlace de los orbitales nucleares en los que se captura el neutrón, es decir, el grado en el que el neutrón capturado se une a los otros neutrones y protones. Luego, introdujeron estos resultados en modelos teóricos del proceso r para probar y desafiar estos modelos.

"Este resultado marca la primera exploración de la estructura de neutrones del ²⁰⁷ Núcleo de Hg, allanando el camino para futuros estudios experimentales, con el instrumento ISS en ISOLDE y en las instalaciones de física nuclear de próxima generación, de la región nuclear casi inexplorada donde ²⁰⁷ Hg miente "dice el investigador principal Ben Kay del Laboratorio Nacional Argonne, donde fue pionera la técnica que subyace a la ISS.

"Este estudio fue posible gracias a tres cosas:el sistema acelerador HIE-ISOLDE completo, que ahora permite acelerar los isótopos radiactivos a energías cercanas a los 10 millones de electronvoltios por protón o neutrón; la instalación de la ISS, un antiguo imán de resonancia magnética reutilizado para estudios de núcleos exóticos gracias a una colaboración del Reino Unido, Bélgica y CERN; y, por último, si bien no menos importante, un sistema detector de partículas que fue suministrado por el Laboratorio Nacional de Argonne y permitió que el experimento se realizara justo antes del comienzo del cierre en curso del complejo acelerador del CERN, ", explicó la portavoz de ISOLDE, Gerda Neyens.