Un nuevo estudio en ISOLDE no encuentra ninguna señal de un número "mágico" de neutrones en el potasio-51, desafiando la naturaleza mágica propuesta de los núcleos con 32 neutrones.

La magia parece estar desapareciendo de algunos núcleos atómicos. Las últimas mediciones de los tamaños de los núcleos de potasio ricos en neutrones no muestran la firma de un número "mágico" de neutrones en el potasio-51. que tiene 19 protones y 32 neutrones. El resultado, obtenido por un equipo de investigadores utilizando la instalación de física nuclear ISOLDE del CERN y descrito en un artículo recién publicado en Física de la naturaleza , desafía las teorías de la física nuclear y la naturaleza mágica propuesta de los núcleos con 32 neutrones.

Se cree que los protones y los neutrones ocupan cada uno una serie de capas de diferente energía dentro de un núcleo atómico, al igual que los electrones en un átomo llenan una serie de capas alrededor del núcleo. En este modelo de caparazón nuclear, núcleos en los que los protones o neutrones forman capas completas, sin dejar espacio para partículas adicionales, se denominan "mágicos" porque están más fuertemente ligados y son más estables que sus vecinos nucleares. El número de protones o neutrones en tales núcleos se denomina números mágicos, y son piedras angulares sobre las que los físicos construyen su comprensión de los núcleos.

Estudios anteriores indicaron que los núcleos con exactamente o cerca de 20 protones y con 32 neutrones son mágicos sobre la base de la energía que se necesita para eliminar un par de neutrones del núcleo o para llevar el núcleo a un nivel de energía superior. Sin embargo, las mediciones de cómo los radios (de carga) de los núcleos de calcio y potasio ricos en neutrones cambian a medida que se les agregan neutrones han desafiado esta indicación, porque no mostraron una disminución relativa repentina en los radios de potasio-51 y calcio-52, que ambos tienen 32 neutrones. Tal disminución, en relación con vecinos nucleares con menos neutrones, indicaría que 32 es un número de neutrones mágico y que los núcleos con 32 neutrones son mágicos.

Un número de neutrones mágicos de 32 también podría revelarse por un aumento relativo repentino en los radios de los núcleos que tienen un neutrón más, eso es 33 neutrones. Esto es exactamente lo que el equipo detrás del último estudio de ISOLDE se propuso investigar. Al casar dos técnicas, los investigadores de ISOLDE pudieron realizar mediciones de radio de núcleos de potasio ricos en neutrones y extenderlos al potasio-52, que tiene 33 neutrones. Las dos técnicas son un tipo de espectroscopia láser llamada espectroscopia de ionización por resonancia colineal (CRIS), que permite estudiar núcleos ricos en neutrones con alta precisión, y detección de desintegración β, que implica la detección de partículas beta (electrones o positrones) emitidas por los núcleos.

Las nuevas mediciones de ISOLDE no mostraron un aumento relativo repentino en el radio de potasio-52, y por lo tanto ninguna firma de "magia" en el neutrón número 32.

Los investigadores continuaron modelando los datos con teorías nucleares de última generación, encontrar que los datos desafían estas teorías. "Los mejores modelos de física nuclear del mercado no pueden reproducir los datos de manera satisfactoria, "dice el autor principal del artículo Agi Koszorus." Si obtienen una característica de los datos correctamente, extrañan totalmente el resto, ", agregó el coautor principal Xiaofei Yang.

"Este estudio destaca nuestra comprensión limitada de los núcleos ricos en neutrones, "dice el coautor Thomas Cocolios." Cuanto más estudiamos estos núcleos exóticos, cuanto más nos damos cuenta de que los modelos no logran reproducir los resultados experimentales. Es como tener un mapa lleno de carreteras pero tan pronto como tomas un camino fuera de esas carreteras, por lo que sabemos, bien podría estar caminando sobre la luna ".

"Este resultado muestra cuánto trabajo nos queda para comprender el núcleo atómico, probablemente el ámbito de la física menos entendido, "concluye Cocolios.