Un descubrimiento realizado por un equipo de investigadores dirigido por físicos nucleares de la UMass Lowell podría cambiar la forma en que los científicos entienden los átomos y ayudar a explicar los fenómenos extremos en el espacio exterior.

El avance de los investigadores reveló que una simetría que existe dentro del núcleo del átomo no es tan fundamental como los científicos han creído. El descubrimiento arroja luz sobre las fuerzas que actúan dentro del núcleo de los átomos, abriendo la puerta a una mayor comprensión del universo. Los hallazgos fueron publicados hoy en Naturaleza , una de las revistas científicas más importantes del mundo.

El descubrimiento se realizó cuando el equipo dirigido por la UMass Lowell estaba trabajando para determinar cómo se crean los núcleos atómicos en las explosiones de rayos X:explosiones que ocurren en la superficie de las estrellas de neutrones, que son los restos de estrellas masivas al final de su vida.

"Estamos estudiando lo que sucede dentro de los núcleos de estos átomos para comprender mejor estos fenómenos cósmicos y, por último, para responder a una de las preguntas más importantes de la ciencia:cómo se crean los elementos químicos en el universo, "dijo Andrew Rogers, Profesor asistente de física de la UMass Lowell, quien encabeza el equipo de investigación.

La investigación cuenta con el apoyo de una subvención del Departamento de Energía de EE. UU. A UMass Lowell y se llevó a cabo en el Laboratorio Nacional de Ciclotrones Superconductores (NSCL) de la Universidad Estatal de Michigan. En el laboratorio Los científicos crean núcleos atómicos exóticos para medir sus propiedades con el fin de comprender su papel como bloques de construcción de la materia. el cosmos y de la vida misma.

Los átomos son algunas de las unidades de materia más pequeñas. Cada átomo incluye electrones que orbitan alrededor de un núcleo diminuto en las profundidades de su núcleo, que contiene casi toda su masa y energía. Los núcleos atómicos están compuestos por dos partículas casi idénticas:protones cargados y neutrones no cargados. El número de protones en un núcleo determina a qué elemento pertenece el átomo en la tabla periódica y, por lo tanto, su química. Los isótopos de un elemento tienen el mismo número de protones pero diferente número de neutrones.

En el NSCL, Los núcleos se aceleraron hasta casi la velocidad de la luz y se rompieron en fragmentos creando estroncio-73, un isótopo raro que no se encuentra de forma natural en la Tierra pero que puede existir durante cortos períodos de tiempo durante violentas explosiones de rayos X termonucleares en la superficie de las estrellas de neutrones. . Este isótopo de estroncio contiene 38 protones y 35 neutrones y solo vive una fracción de segundo.

Trabajando las veinticuatro horas del día durante ocho días, el equipo creó más de 400 núcleos de estroncio-73 y los comparó con las propiedades conocidas del bromo-73, un isótopo que contiene 35 protones y 38 neutrones. Con número intercambiado de protones y neutrones, Los núcleos de bromo-73 se consideran "socios espejo" de los núcleos de estroncio-73. La simetría especular en los núcleos existe debido a las similitudes entre los protones y los neutrones y es la base de la comprensión de los científicos de la física nuclear.

Aproximadamente cada media hora, los investigadores crearon un núcleo de estroncio-73, lo transportó a través del separador de isótopos de NSCL y luego detuvo el núcleo en el centro de una compleja matriz de detectores donde pudieron observar su comportamiento. Al estudiar la desintegración radiactiva de estos núcleos, los científicos encontraron que el estroncio-73 se comportaba de manera completamente diferente al bromo-73. El descubrimiento plantea nuevas preguntas sobre las fuerzas nucleares, según Rogers.

"El estroncio-73 y el bromo-73 deben tener una estructura idéntica, pero sorprendentemente no, nosotros encontramos. Sondear las simetrías que existen en la naturaleza es una herramienta muy poderosa para los físicos. Cuando las simetrías se rompen, que nos dice que algo anda mal en nuestro entendimiento, y necesitamos echar un vistazo más de cerca, "Dijo Rogers.

Lo que vieron los científicos desafiará la teoría nuclear, según Daniel Hoff, un investigador asociado de UMass Lowell que fue el autor principal del artículo publicado en Naturaleza .

"Comparar los núcleos de estroncio-73 y bromo-73 fue como mirarse en un espejo y no reconocerse a uno mismo. Una vez que nos convencimos de que lo que estábamos viendo era real, estábamos muy emocionados, "Dijo Hoff.

Junto con Rogers, un residente de Somerville, y Hoff de Medford, El equipo de UMass Lowell incluyó a miembros de la facultad del Departamento de Física, el Prof.Peter Bender, El profesor emérito C.J. Lister y el ex investigador asociado de la UMass Lowell, Chris Morse. Estudiantes graduados en física Emery Doucet de Mason, NUEVA HAMPSHIRE., y Sanjanee Waniganeththi de Lowell también contribuyeron al proyecto.

Como parte del estudio del equipo, Simin Wang llevó a cabo cálculos teóricos de última generación, un investigador asociado en el estado de Michigan, y dirigida por Witold Nazarewicz, John A. Hannah, profesor distinguido de Física de MSU y científico jefe de la Instalación de Rayos de Isótopos Raros (FRIB), que abrirá el próximo año.

El trabajo de los investigadores "ofrece conocimientos únicos sobre la estructura de isótopos raros, ", Dijo Nazarewicz." Pero aún queda mucho por hacer. Nuevas instalaciones en línea, como FRIB en MSU, proporcionará pistas que faltan para una comprensión más profunda del rompecabezas de la simetría especular. Me alegro de que los rayos exóticos entregados por nuestras instalaciones, instrumentación única y cálculos teóricos podrían contribuir a este magnífico trabajo ".

Ya están en marcha planes para más experimentos, a medida que los investigadores buscan refinar y confirmar sus observaciones y estudiar más estos isótopos.