En trabajo publicado en Cartas de revisión física , investigadores del Centro RIKEN Nishina para la ciencia basada en aceleradores y dos universidades de Vietnam, la Universidad Duy Tan y la Universidad de Khanh Hoa, han logrado un gran avance al proponer, por primera vez, un enfoque microscópico unificado y consistente capaz de describir simultáneamente dos cantidades importantes para comprender las propiedades estadísticas de los núcleos:la densidad del nivel nuclear y la probabilidad de emisión de rayos gamma de núcleos calientes, que desempeñan funciones esenciales en la nucleosíntesis estelar.

De acuerdo con las reglas de la mecánica cuántica, el núcleo atómico tiene niveles de energía discretos. A medida que aumenta la energía de excitación, el espacio entre los niveles disminuye rápidamente, haciéndolos densamente poblados. En esta condición, tratar con niveles nucleares individuales se vuelve impráctico. En lugar de, Es más conveniente considerar las propiedades promedio de las excitaciones nucleares en términos de dos cantidades, conocidas como densidad de nivel nuclear (NLD) y función de fuerza radiativa (RSF). El primero, presentado por Hans Bethe hace 80 años, es el número de niveles excitados por unidad de energía de excitación. El último, propuesto por Blatt y Weisskopf hace 64 años, describe la probabilidad de que se emita un fotón de alta energía (rayo gamma).

Estas dos cantidades son indispensables para comprender la nucleosíntesis astrofísica, incluyendo los cálculos de las velocidades de reacción en el cosmos y la producción de elementos, así como en tecnologías como la producción de energía nuclear y la transmutación de residuos nucleares. Por lo tanto, el estudio de estas cantidades se ha convertido en un tema clave de la física nuclear. Esta área ganó ímpetu en 2000 después de que experimentadores de la Universidad de Oslo propusieran un método para extraer simultáneamente los dos del espectro de desintegración gamma primario obtenido en un solo experimento. Este método, sin embargo, sufre de incertidumbres relacionadas con el proceso de normalización. Dada la importancia de estas dos cantidades, es imperativo tener una base teórica consistente para comprenderlos. Sin embargo, una teoría unificada capaz de describir simultánea y microscópicamente tanto la NLD como la RSF ha estado ausente hasta ahora.

Ahora, empleando los campos medios de nucleones independientes (protones y neutrones), los autores resolvieron exactamente el problema de emparejamiento de superfluidos de nucleones. Estas soluciones exactas se emplean para construir la función de partición para calcular el NLD. Para calcular el RSF, las brechas exactas de emparejamiento de neutrones y protones, así como las cantidades relacionadas obtenidas de la misma función de partición, se ingresan en el modelo microscópico de amortiguación de fonones propuesto en 1998 por uno de los autores, Nguyen Dinh Dang del Centro RIKEN Nishina para la ciencia basada en aceleradores, en colaboración con Akito Arima para describir el comportamiento de la resonancia dipolar gigante (RDA) en núcleos muy excitados.

"La buena concordancia entre las predicciones del enfoque actual y los datos experimentales indica que el uso de soluciones exactas para el emparejamiento es de hecho muy importante para la descripción coherente de NLD y RSF con excitación baja e intermedia y energías de rayos gamma, "dice Nguyen Quang Hung de la Universidad Duy Tan, el autor correspondiente del artículo.

Comentando este trabajo, Nguyen Dinh Dang dice:"Nuestro enfoque muestra que la dependencia de la temperatura de la forma GDR en núcleos calientes es crucial para la descripción correcta de la probabilidad de emisión de rayos gamma a bajas energías de rayos gamma. El siguiente objetivo es desarrollar una enfoque consistente basado en el emparejamiento exacto y la estructura microscópica de los estados vibratorios para estudiar las excitaciones colectivas nucleares ".