Un esquema de la reacción de eliminación de protones utilizada en el experimento. Crédito:RIKEN
Científicos del Centro RIKEN Nishina para la ciencia basada en aceleradores y colaboradores han demostrado que eliminar un solo protón de un núcleo de flúor, transformándolo en un isótopo de oxígeno rico en neutrones, puede tener un efecto importante en el estado del núcleo. Este trabajo podría ayudar a explicar un fenómeno conocido como anomalía de la línea de goteo de neutrones de oxígeno.
La línea de goteo de neutrones es un punto en el que agregar un solo neutrón a un núcleo hará que gotee inmediatamente un neutrón, y esto establece un límite sobre cuán rico en neutrones puede ser un núcleo. Esto es importante para comprender los entornos ricos en neutrones, como las supernovas y las estrellas de neutrones, Dado que los núcleos en la línea de goteo a menudo sufrirán desintegración beta, donde un protón se convierte en un neutrón, llevándolo a la cima de la tabla periódica.
Lo que se entendió mal es por qué la línea de goteo para oxígeno, con 8 protones, es de 16 neutrones, mientras que el del flúor, con solo un protón extra, es 22 neutrones, un número mucho mayor. Para tratar de entender por qué el grupo de investigación utilizó RI Beam Factory, operado por RIKEN y la Universidad de Tokio, para crear un núcleo exótico, flúor 25, que tiene 9 protones y 16 neutrones. Los 16 neutrones y 8 de los protones forman una capa completa, convirtiéndolo en un núcleo 'doblemente mágico' que es especialmente estable, y el único protón adicional, conocido como "protón de valencia", existe fuera de ese núcleo. Luego, el rayo chocó con un objetivo para eliminar el protón, dejando oxígeno 24, y se utilizó el espectrómetro SHARAQ para analizar el núcleo resultante.
Un gráfico de nucleidos que muestra la ubicación de la anomalía de la línea de goteo de oxígeno. Crédito:RIKEN
Los investigadores analizaron lo que se conoce como el 'factor espectroscópico, 'que se utiliza para medir los efectos de las interacciones entre los nucleones en un núcleo sobre partículas individuales.
La sabiduría convencional sería que la eliminación de los protones dejaría el núcleo (oxígeno 24) en el estado de energía más bajo llamado estado fundamental. Sin embargo, el experimento descubrió que esto no era cierto, y que el oxígeno 24 en el núcleo del isótopo de flúor existía principalmente en estados excitados bastante diferentes del oxígeno 24 mismo.
El detector SHARAQ en RI Beam Factory. Crédito:RIKEN
Según Tsz Leung Tang, el autor principal del estudio, publicado en Cartas de revisión física , "Este es un resultado bastante emocionante, y nos dice que la adición de un solo protón de valencia a un núcleo, uno doblemente mágico en este caso, puede tener un efecto significativo en el estado del núcleo. Los cálculos mostraron que las interacciones conocidas, incluidos los efectos de la fuerza del tensor, fueron insuficientes para explicar este resultado. Planeamos realizar más experimentos para determinar el mecanismo responsable de la extensión de la línea de goteo en flúor ".
