Fig. 1 Fuerzas de transición entre estados de espín 0 para núcleos con masas atómicas por debajo de 50. El punto verde muestra la fuerza de transición entre el estado superdeformado y el estado fundamental de 40 Ca, que tiene el valor más pequeño. Los puntos rojos son valores experimentales, y la línea discontinua es una curva inversamente proporcional a la potencia 2/3 del número de masa A, que muestra la tendencia entre los estados de espín 0 con respecto a la masa. Crédito:E. Ideguchi
Científicos del Centro de Investigación de Física Nuclear de la Universidad de Osaka, en colaboración con la Universidad Nacional de Australia, la Agencia de Energía Atómica de Japón, la Universidad de Tokio y la Universidad GIT AM, utilizaron mediciones de una lámina de calcio irradiada con protones para inferir la fuerza de transición entre diferentes configuraciones nucleares en calcio-40. Descubrieron que la interferencia cuántica hizo que la transición del estado alargado "superdeformado" a un estado esférico normal fuera mucho menos probable de lo esperado. Este trabajo puede conducir a una mejor comprensión de cómo se forman los elementos en las supernovas.
En física nuclear, algunos isótopos se denominan "mágicos" porque contienen exactamente el número correcto de protones o neutrones para formar una capa completa. Los primeros números mágicos son 2, 8, 20, 28 y 50. El calcio-40, la forma más abundante de calcio, se considera "doblemente mágico" porque tiene 20 protones y 20 neutrones en su núcleo. Como resultado, este isótopo es muy estable. Con núcleos mágicos, varias formas del núcleo pueden tener energías muy similares, de modo que puede ocurrir la coexistencia. Esto representa la superposición cuántica de más de una conformación de protones y neutrones al mismo tiempo. Sin embargo, el mecanismo de descomposición de un núcleo en la conformación "superdeformada", con forma de pelota de rugby alargada, en la forma esférica de energía más baja ha sido un gran misterio.
Fig. 2 Diagrama esquemático de tres estados deformados que coexisten en las transiciones del núcleo de 40 Ca y del par electrón-positrón. (A) Transición del estado superdeformado al estado fundamental esférico, (B) del estado normal deformado al estado fundamental y (C) del estado superdeformado al estado normal deformado. Crédito:E. Ideguchi
Ahora, el equipo de investigadores ha utilizado mediciones de emisión de electrones y positrones a partir de transiciones de descomposición entre diferentes estados de núcleos de calcio-40 para aclarar el mecanismo. "Observamos evidencia de que la descomposición del estado excitado superdeformado al estado fundamental esférico se suprime inesperadamente en un núcleo de calcio-40", dice el primer autor Eiji Ideguchi. El equipo descubrió que la fuerza de transición entre estos estados es tan pequeña debido a la interferencia cuántica destructiva entre configuraciones de formas coexistentes de energías similares.
Para recopilar datos experimentales, se dispararon protones a un objetivo de calcio y se midieron los electrones y positrones resultantes emitidos por los estados excitados. "Este trabajo profundiza nuestra comprensión de los estados de deformación coexistentes que son exclusivos de los núcleos", dice el autor principal Tibor Kibédi. Su estudio se publicará en Physical Review Letters , y esta investigación puede ayudar a los científicos a comprender mejor los procesos que dan lugar a los diferentes elementos del universo, así como la notable estabilidad de los núcleos mágicos.
Fig. 3 Espectrómetro de par electrón-positrón, Super-e. La línea amarilla en la figura muestra la irradiación del haz sobre el objetivo. Los electrones y positrones emitidos por él (líneas rojas y verdes) son guiados al detector de Si ubicado aguas abajo. Crédito:T. Kibédi
