Figura 1. Estructuras de capa nuclear para (izquierda) un potencial de dependencia radial (oscilador armónico) más un pequeño término de momento angular orbital, y (derecha) con una fuerza de acoplamiento giro-órbita adicional. Crédito:Hooi Jin Ong
Un número mágico es un número de protones o neutrones en el núcleo de un átomo que da como resultado una estabilidad mucho mayor que la de los núcleos con otros números de protones o neutrones.
Los números mágicos de los núcleos están determinados en parte por la fuerza de acoplamiento espín-órbita, que está relacionado con los espines de los protones o neutrones en un núcleo. La fuerza de acoplamiento espín-órbita fue introducida por los premios Nobel Maria Goeppert Mayer y J. Hans D. Jensen en 1949 para explicar la división de los estados cuánticos de protones o neutrones. Su origen real de la fuerza nuclear aún no se comprende completamente.
Los investigadores han identificado que el número mágico de seis es particularmente importante porque debería permitir investigar a fondo el origen del acoplamiento espín-órbita. Sin embargo, no se había confirmado la existencia de una especie atómica con un número mágico de seis.
Ahora, un equipo de investigación internacional dirigido por la Universidad de Osaka ha cambiado esta situación al identificar una especie de carbono, un elemento esencial para la vida, que posee un número mágico de protones de seis. Realizaron experimentos que les permitieron medir los radios de protones en los núcleos de diferentes isótopos de carbono (los isótopos tienen el mismo número de protones pero diferente número de neutrones en sus núcleos). Curiosamente, los diferentes isótopos de carbono mostraron radios de protones muy similares. Publicaron sus hallazgos en Comunicaciones de la naturaleza .
Figura 2. Evidencia de un número mágico de protones de seis (indicado por flechas azules) obtenida a través de la evaluación sistemática de datos experimentales. (a) Radio del protón independiente de la masa, (b) probabilidad de transición electrónica, (c) espacio entre la capa de protones, y (d) espacio entre la capa de protones en función de los números de neutrones y protones. Crédito:Hooi Jin Ong
"Combinando nuestros resultados de medición de radios con radios de carga nuclear, tasas de transición cuadrupolo eléctrico, y los datos de masa atómica nos permitieron identificar un isótopo de carbono con un número mágico predominante de seis ", dice el primer autor del estudio, Dinh Trong Tran.
Para ayudar a comprender los resultados experimentales, los investigadores realizaron cálculos computacionales. Los radios de protones calculados coincidieron bien con los valores experimentales. La división espín-órbita de los isótopos de carbono también se investigó mediante el análisis de datos experimentales y teóricos de la energía para agregar o eliminar un protón del núcleo de cada isótopo.
"Nuestro análisis demostró claramente que existen grandes divisiones de espín-órbita universalmente para los núcleos atómicos, "explica el autor correspondiente Hooi Jin Ong". Además, el número mágico de seis es tan prominente como el de otros números mágicos identificados ".
Figura 3. Ilustración de la fuerza de acoplamiento giro-órbita. Los núcleos atómicos ganan estabilidad adicional cuando el momento orbital angular y el giro de un protón o neutrón están en la misma dirección. Crédito:Hooi Jin Ong
La identificación del número mágico de seis proporciona una vía para investigar el origen de las divisiones espín-órbita en los núcleos atómicos. Los hallazgos del equipo aumentan el conocimiento fundamental de la fuerza de giro-órbita, el origen del número mágico de núcleos, y estabilidad del núcleo, lo que representa una contribución a un eventual conocimiento integral de la física nuclear.
