Los investigadores de la Universidad Estatal de Michigan han medido por primera vez los núcleos de tres isótopos de calcio ricos en protones, según un nuevo artículo publicado en Física de la naturaleza .

Una de las propiedades más fundamentales del núcleo es su tamaño. El radio nuclear generalmente aumenta con el número de constituyentes de protones y neutrones. Sin embargo, cuando se examina de cerca, los radios varían de formas únicas, reflejando el intrincado comportamiento de los protones y neutrones dentro del núcleo.

De particular interés es la variación de los radios de carga de los isótopos de calcio. Presentan un comportamiento peculiar con el calcio-48 que tiene casi el mismo radio que el calcio-40, un máximo local en calcio-44, un patrón de zigzag par-impar distinto, y un radio muy grande para calcio-52. Aunque el patrón se ha explicado parcialmente (línea gris en la figura), muchas teorías existentes luchan por explicar este comportamiento. Por debajo del isótopo de calcio-40 estable más ligero, el radio de carga se conoce solo para calcio-39, debido a la dificultad para producir núcleos de calcio ricos en protones.

El radio de un núcleo de calcio es pequeño, aproximadamente 0,0000000000000035 metros (o 3,5 femtómetros), y la variación local es todavía 200 veces menor. Es más, los isótopos de calcio ricos en protones tienen una vida bastante corta. Por ejemplo, El calcio-36 existe solo por una décima de segundo. Los pequeños cambios en los radios de carga de los isótopos de vida muy corta se pueden medir utilizando la técnica de espectroscopía láser desarrollada en la espectroscopía BEam COoler y LAser, BECOLA, instalación en el Laboratorio Nacional de Ciclotrones Superconductores de la Universidad Estatal de Michigan.

La investigación, dirigido por Andrew Miller, Asistente graduado de NSCL, midió por primera vez (cuadrados rojos en la figura) los radios de carga de tres isótopos de calcio ricos en protones (con números de masa A =36, 37, 38). Se encontró que estos eran mucho más pequeños que las predicciones teóricas anteriores y presentan un nuevo rompecabezas. Sin embargo, un modelo teórico mejorado con un enfoque en estos datos actuales reproduce notablemente la tendencia general de los radios desde el calcio-36 hasta el calcio-52 (línea azul en la figura). Este éxito puede atribuirse a una mejor comprensión de las formas peculiares en las que los protones interactúan entre sí a grandes distancias fuera de la superficie de un núcleo de calcio rico en protones. La mejor comprensión de los radios de carga tendrá un impacto en los desarrollos futuros de un modelo global del núcleo atómico.

El experimento de espectroscopía láser en BECOLA y el modelo nuclear mejorado desempeñarán un papel aún más esencial en la determinación e interpretación de los radios de los núcleos en la Instalación para haces de isótopos raros actualmente en construcción en MSU. que proporcionará un acceso sin precedentes a nuevos isótopos raros.