La medición del tamaño de los núcleos atómicos a veces ha sido útil para investigar aspectos de la interacción nucleón-nucleón y las propiedades generales de la materia nuclear. El radio de carga de los núcleos atómicos, que se pueden extraer mediante técnicas de espectroscopia láser, es sensible tanto a las propiedades generales de la materia nuclear como a los detalles particularmente sutiles de las interacciones entre protones y neutrones.

Por tanto, muchos estudios recientes han examinado las propiedades de los núcleos con relaciones protón-neutrón desequilibradas, conocidos como núcleos exóticos. Se ha descubierto que estos núcleos exóticos exhiben nuevos fenómenos y, por lo tanto, han resultado valiosos para probar la teoría nuclear y mejorar la comprensión actual de las fuerzas nucleares.

Entre otras cosas, El examen de núcleos exóticos puede ayudar a identificar nuevos números mágicos. En este contexto, el término "números mágicos" se refiere al número de protones o neutrones que corresponden a capas completamente llenas en estos núcleos.

Un equipo de investigación dirigido por físicos del Instituut voor Kern-en Stralingsfysica, KU Lovaina, en Bélgica y por la Universidad de Pekín en China han llevado a cabo recientemente un estudio que examina isótopos de potasio exóticos con 32 neutrones, que se predijo que sería un número mágico. Su papel publicado en Física de la naturaleza , presenta evidencia que desafía las teorías nucleares más modernas.

"El carácter mágico de un número de protones o neutrones, entre otros, se refleja en un tamaño más pequeño del núcleo mágico, comparado con sus vecinos, "Agota Koszorus, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Hay varios números mágicos bien conocidos, como 2, 8 20 o 28, sin embargo, en la región de masa de los isótopos de potasio, Se ha propuesto 32 como un nuevo número de neutrones mágicos. El objetivo de nuestro experimento fue medir el radio de carga del isótopo de potasio que tiene 33 neutrones y permitir la comparación del tamaño de la magia propuesta. norte =32 isótopo a su encendedor (NORTE =31) y más pesado ( norte =33) vecinos ".

La identificación de nuevos números mágicos ha sido el objetivo clave de muchos estudios recientes que investigan las estructuras nucleares. Estudiando isótopos ricos en neutrones como los examinados por Koszorus y sus colegas, sin embargo, puede ser muy desafiante, por varias razones.

Primeramente, estos isótopos solo pueden producirse en instalaciones de haces de iones radiactivos como ISOLDE en el CERN. Además, generalmente tienen vidas medias muy cortas (por ejemplo, 110 ms de largo en el caso de ⁵² K). Esto significa que una vez producidos, los investigadores tienen un tiempo muy limitado para prepararlos para las mediciones y examinarlos realmente. En el caso específico de ⁵² K, un desafío adicional fue la gran contaminación isobárica en el haz producido en ISOLDE.

" norte =32 es un nuevo número mágico de neutrones propuesto en la región Ca basado en la medición de la masa nuclear y 2 ⁺ medición de energías, "Xiaofei Yang, otro investigador involucrado en el estudio, dijo Phys.org. "Sin embargo, este efecto mágico aún no ha sido confirmado a partir de las mediciones de radios o momentos nucleares debido a la limitada información experimental en la región de Ca ".

Koszorus, Yang y sus colegas fueron los primeros en estudiar los radios de carga arriba norte =32 y esto finalmente les permitió determinar si el "efecto mágico" apareció en los radios nucleares. Otro objetivo de su estudio fue investigar los avances recientes en el desarrollo de modelos basados ​​en la teoría nuclear.

"Aunque en las instalaciones de ISOLDE los iones se seleccionan en masa antes de que se envíen a las instalaciones experimentales, hay un isótopo de cromo estable con una masa muy similar, que es abundante en la naturaleza, y en el entorno del sitio de producción de ISOLDE, "Explicó Koszorus." Esto significaba que mientras cada segundo 200 ⁵² Se entregaron isótopos de K a nuestra configuración experimental, También se entregaron 6 millones de isótopos de Cr estables, lo que resultó en tasas de fondo abrumadoras. Por lo tanto, tuvimos que modificar nuestra configuración para confiar en la detección de las partículas beta emitidas en la desintegración radiactiva de ⁵² K. Por tanto, el Cr estable no podría contribuir al trasfondo ".

Curiosamente Koszorus, Yang y sus colegas no encontraron signos de comportamiento mágico en la evolución del tamaño nuclear del isótopo de potasio a lo largo de la región. norte =32 número de neutrones. Los investigadores también compararon sus observaciones con los resultados de cálculos basados ​​en modelos nucleares teóricos de última generación. a saber, el método funcional de densidad de energía (DFT) y la teoría de cúmulos acoplados (CC).

"La DFT es un método ideal para núcleos más pesados, Considerando que el modelo CC es más adecuado para núcleos de masa ligera y media, "Dijo Koszorus." La región del potasio es un campo de encuentro convincente para probar estos enfoques simultáneamente. Ambos métodos teóricos necesitan información sobre las interacciones nucleares. Para este propósito, Se aplicaron modelos de estructura nuclear de última generación:los cálculos de DFT emplearon una función de densidad de energía de Fayans de gran éxito y los cálculos de CC utilizaron un potencial quiral ab-initio ".

Los investigadores encontraron que los modelos teóricos predijeron con éxito los cambios en los radios de carga cuadráticos medios que observaron en los isótopos por debajo de la norte =28 número mágico. Los modelos que probaron parecieron útiles para modelar isótopos con protones y neutrones no apareados.

"De la comparación entre los cambios medidos y pronosticados en los radios de carga cuadrados medios, queda claro que los cálculos funcionan muy bien en la predicción de la tendencia general por debajo de la norte =28 número mágico, asumir con éxito el desafío de modelar isótopos con protones y neutrones no apareados, "Dijo Koszorus." En una mirada más cercana, sin embargo, se hace evidente que los cálculos de conglomerados acoplados ab initio no predicen el fuerte aumento de los radios de carga de los isótopos ricos en neutrones ".

Los investigadores plantearon la hipótesis de que los problemas y las inconsistencias entre los cálculos de conglomerados acoplados y sus mediciones podrían tener su origen en la naturaleza de muchos cuerpos del modelo CC. Por otra parte, mientras que el modelo Fayans DFT predijo muy bien la tendencia general que observaron, sobrestimó la variación entre el tamaño de los isótopos de masa pares e impares.

En general, Estos hallazgos sugieren que las teorías nucleares existentes podrían necesitar perfeccionarse más antes de que puedan predecir de manera efectiva los números mágicos en isótopos exóticos. En otras palabras, Parecería que el conocimiento actual de las propiedades nucleares y la estructura de los isótopos ricos en neutrones es todavía muy limitado. En el futuro, los métodos utilizados por este equipo de investigadores podrían utilizarse para estudiar otros isótopos exóticos con una esperanza de vida corta.

"La historia de los números mágicos emergentes alrededor de los isótopos de potasio está lejos de terminar, y se propuso otro número mágico en el neutrón número 34, "Dijo Koszorus." El estudio de estos núcleos requiere una eficiencia experimental aún mayor, ya que los rendimientos de producción están por debajo de los 100 iones por segundo. Trabajamos continuamente en desarrollos técnicos para mejorar nuestra configuración experimental y pronto estaremos listos para empujar los límites o las técnicas de vanguardia actuales y probar nuestra comprensión de la estructura nuclear de núcleos de isótopos muy ricos en neutrones ".

Un objetivo clave de muchos estudios contemporáneos de física nuclear es explorar los límites y propiedades de los núcleos atómicos gobernados por fuerzas nucleares, para comprender mejor su estructura. En sus próximos estudios, Koszorus, Yang y sus colegas también planean desarrollar técnicas de espectroscopia láser cada vez más avanzadas, ya que estos podrían usarse para examinar núcleos atómicos con mayor precisión y recolectar mediciones más confiables.

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