Los núcleos atómicos tienen solo dos ingredientes, protones y neutrones, pero el número relativo de estos ingredientes marca una diferencia radical en sus propiedades. Ciertas configuraciones de protones y neutrones, con "números mágicos" de protones o neutrones dispuestos en capas llenas dentro del núcleo, están más fuertemente ligados que otros. Los núcleos raros con capas completas de protones y neutrones, que se denominan doblemente mágicos, exhiben una energía de enlace particularmente mejorada y son excelentes casos de prueba para estudios de propiedades nucleares.

En un artículo recién publicado en Física de la naturaleza , Maxime Mougeot del CERN y sus colegas describen cálculos teóricos y resultados experimentales de la instalación ISOLDE del CERN que arrojan nueva luz sobre uno de los núcleos doblemente mágicos más icónicos:el estaño-100.

Con 50 protones y 50 neutrones, el estaño-100 es de particular interés para los estudios de propiedades nucleares porque, además de ser doblemente mágico, es el núcleo más pesado que comprende protones y neutrones en igual número, una característica que le da una de las desintegraciones beta más fuertes, en el que se emite un positrón (la antipartícula de un electrón) para producir un núcleo hijo.

Los estudios de la desintegración beta del estaño-100 adolecen de dificultades para producirlo. Es más, los dos estudios de este tipo más recientes, en RIKEN en Japón por Lubos y colegas y en GSI en Alemania por Hinke y colegas, producir diferentes valores para la energía liberada en la desintegración, resultando en valores discrepantes para la masa de estaño-100.

Los recientes desarrollos en la instalación de ISOLDE han permitido la producción de los núcleos vecinos indio-101, indio-100 e indio-99, un simple protón por debajo de estaño-100. En su nuevo estudio, Mougeot y sus colegas utilizaron todo el armamento experimental de la instalación ISOLTRAP de la instalación para medir las masas de estos nuevos miembros de la familia ISOLDE. notablemente la masa de indio-100.

"La masa del estaño-100 puede derivarse de la del indio-100 y la energía liberada en la desintegración beta del estaño-100 en indio-100, "dice Mougeot, "Así que nuestra medición de masa de indio-100 agarró este icónico núcleo doblemente mágico por la cola".

La medición de masa ISOLTRAP de indio-100 es noventa veces más precisa que la anterior, magnificando la discrepancia en los valores de la masa de estaño-100 deducida de los estudios de desintegración beta más recientes.

Luego, los investigadores hicieron comparaciones entre las masas medidas de los núcleos de indio y nuevos cálculos teóricos sofisticados "ab initio" que intentan describir los núcleos desde los primeros principios. Estas comparaciones favorecen el resultado de la energía de desintegración beta de Hinke y sus colegas sobre el de Lubos y sus colegas. Es más, muestran una excelente concordancia entre las mediciones y los cálculos, dando a los investigadores una gran confianza en que los cálculos capturan la intrincada física nuclear del estaño-100 y sus vecinos de indio.