Los científicos han obtenido nuevos conocimientos sobre la fuerza nuclear débil gracias a estudios detallados de las desintegraciones beta de los núcleos "espejo" de litio-8 y boro-8. Los núcleos espejo son átomos con números invertidos de protones y neutrones. Por ejemplo, el litio-8 tiene tres protones y cinco neutrones, mientras que el boro-8 tiene cinco protones y tres neutrones.

Los científicos han realizado una medición nueva y más sensible de las propiedades de la desintegración beta para buscar una característica teorizada de la fuerza nuclear débil que actualmente no está incluida en el Modelo Estándar. La fuerza nuclear débil impulsa el proceso de desintegración beta nuclear. En la desintegración beta, un protón o neutrón en un núcleo emite una partícula beta (un electrón o su antipartícula, un positrón) y un neutrino.

Las propiedades de las desintegraciones beta de los núcleos espejo radiactivos de litio-8 y boro-8 concuerdan perfectamente con las predicciones del modelo estándar. Este esfuerzo combina métodos experimentales y teóricos de última generación y allana el camino para futuros avances en el estudio de la fuerza nuclear débil.

Un equipo de científicos nucleares del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, el Laboratorio Nacional Argonne y la Universidad Estatal de Luisiana midieron con precisión las propiedades de desintegración beta de los núcleos "espejo" de litio-8 y boro-8 para comprender mejor la fuerza nuclear débil. Los núcleos espejo tienen el mismo número total de protones y neutrones, pero el número de cada partícula está al revés. Los hallazgos se publican en la revista Physical Review Letters. .

Los núcleos espejo brindan la oportunidad de estudiar la fuerza nuclear débil con mayor sensibilidad. La firma prevista de muchos de los nuevos efectos buscados daría lugar a contribuciones opuestas en los dos núcleos diferentes. Esto permitiría a los científicos comparar los resultados del litio-8 y el boro-8 para aislar las contribuciones a la desintegración de cada núcleo.

Al estudiar ambos núcleos con la trampa Paul de desintegración beta, un dispositivo que mantiene nubes de iones en el vacío, los investigadores determinaron las energías y direcciones de la partícula beta emitida y dos partículas alfa con alta precisión. Este enfoque permitió a los investigadores reconstruir todas las propiedades de la desintegración, incluida la contribución del neutrino invisible.

El Modelo Estándar (SM) predice la distribución de los ángulos de emisión de la partícula beta y el neutrino, y cualquier diferencia observada revelaría nuevos aspectos de la fuerza nuclear débil.

El equipo buscaba diferencias menores al 1%, lo que requería una comprensión profunda del aparato y el sistema de detección, junto con un enfoque de primer principio recientemente desarrollado que utiliza la "teoría del modelo de caparazón sin núcleo adaptado a la simetría" para tener en cuenta una serie de pequeños efectos que surgen del complicado entorno del núcleo. Los resultados fueron los de mayor precisión de su tipo y confirmaron la predicción de SM con mayor confianza.