Un equipo del grupo de excelencia PRISMA + de la Universidad Johannes Gutenberg en Mainz logró calcular cómo se comportan los núcleos atómicos del elemento Calcio en colisiones con electrones. Los resultados concuerdan muy bien con los datos experimentales disponibles. Por primera vez, un cálculo basado en una teoría fundamental es capaz de describir correctamente experimentos para un núcleo tan pesado como el calcio. De particular relevancia es el potencial que tales cálculos podrían tener en el futuro para interpretar experimentos con neutrinos. La revista de renombre Cartas de revisión física informa sobre el hito alcanzado en su volumen actual.

La nueva publicación surge del grupo liderado por la profesora Sonia Bacca, Profesor de física nuclear teórica en el clúster de excelencia PRISMA +, en colaboración con el Laboratorio Nacional de Oak Ridge. Bacca trabaja con gran éxito en la predicción de varias propiedades de los núcleos atómicos derivándolos de las interacciones entre sus constituyentes, los nucleones, que pueden describirse dentro de la teoría de campos efectivos quirales. Su investigación tiene como objetivo proporcionar una conexión sólida entre las observaciones experimentales y la teoría subyacente de la cromodinámica cuántica. En física, tal procedimiento se describe como un cálculo ab initio.

También secciones transversales de núcleos atómicos sondeados por campos externos, por ejemplo a través de la interacción con electrones u otras partículas, puede describirse dentro de la misma teoría. Este procedimiento es clave para explicar los datos existentes e interpretar experimentos futuros. por ejemplo, en física de neutrinos, un enfoque importante del programa de investigación PRISMA +.

Entendiendo los neutrinos

Los neutrinos son partículas esquivas que penetran constantemente en nuestra Tierra pero son muy difíciles de detectar y comprender. Con nuevos experimentos planificados, como el experimento DUNE en EE. UU., los científicos quieren investigar sus propiedades fundamentales, por ejemplo, el fenómeno en el que un tipo de neutrinos se transforma en otro, llamado en la jerga técnica, Oscilación de neutrinos. Para lograr eso, necesitan información importante de cálculos teóricos. Específicamente, la pregunta relevante es:¿Cómo interactúan los neutrinos con los núcleos atómicos en el detector?

Dado que los datos experimentales sobre la dispersión de neutrinos en núcleos atómicos son raros, El equipo de investigadores examinó en primer lugar la dispersión de otro leptón, el electrón, del que se dispone de datos experimentales. "El calcio 40 es nuestro sistema de prueba, por así decirlo, "explica la Dra. Joanna Sobczyk, postdoctorado en Mainz y primer autor del estudio. "Con nuestro nuevo método ab initio pudimos calcular con mucha precisión qué sucede con la dispersión de electrones y cómo se comporta el núcleo atómico de calcio".

Este es un gran éxito:hasta ahora no era posible realizar tales cálculos para un elemento tan pesado como el calcio, que consta de 40 nucleones. "Estamos muy contentos de haber logrado demostrar básicamente que nuestro método funciona de manera confiable, "dice Sonia Bacca." Ahora comienza una nueva era, donde los métodos ab initio se pueden utilizar para describir la dispersión de leptones (estos incluyen electrones y neutrinos) en núcleos, incluso para 40 nucleones ".

"Una de las mejores características de nuestro enfoque es que nos permite cuantificar rigurosamente las incertidumbres asociadas con nuestro cálculo. La cuantificación de la incertidumbre requiere mucho tiempo, pero extremadamente importante para poder comparar adecuadamente la teoría con el experimento, "comenta el Dr. Bijaya Acharya, Postdoctorado PRISMA + y también coautor del estudio.

Después de que pudieron demostrar el potencial de su método para el calcio, el equipo de investigación quiere analizar el elemento Argón y su interacción con los neutrinos en el futuro. El argón jugará un papel importante como objetivo en el experimento DUNE planeado.