El tantalio es uno de los elementos más raros y tiene múltiples isótopos estables. El isótopo de tantalio menos abundante, el Ta-180, se encuentra naturalmente en un estado excitado de larga duración, una característica exclusiva de este isótopo. En estados excitados, los protones o neutrones de un núcleo tienen niveles de energía más altos de lo normal.
Aunque energéticamente es posible, nunca se ha observado la desintegración radiactiva de este estado excitado en Ta-180m. Los investigadores ahora están realizando experimentos cuyo objetivo es medir esta descomposición, que se espera que tenga una vida útil aproximadamente 1 millón de veces más larga que la edad del universo.
La desintegración de los estados excitados de los núcleos proporciona información sobre cómo se deforman los núcleos cuando se encuentran en esos estados. Los físicos nucleares han estudiado ampliamente las variaciones de forma y la consiguiente formación de estos isótopos de vida corta, llamados isómeros. Sin embargo, no han estudiado en profundidad uno de los casos más extremos, la desintegración del Ta-180m.
Los físicos pueden utilizar la teoría nuclear para predecir la desintegración del Ta-180m basándose en el conocimiento de los isómeros de vida más corta, pero este isómero en particular no ha sido medido. Su excepcional estabilidad desafía las teorías y modelos existentes sobre la estructura y la desintegración nuclear. Esto significa que medir la desintegración del Ta-180m es una oportunidad sin precedentes para contribuir a la teoría nuclear.
Ahora, por primera vez, los científicos han ideado un experimento con la sensibilidad necesaria para alcanzar las vidas medias previstas. El experimento ha producido datos iniciales y ha establecido los límites más largos jamás alcanzados en estudios de isómeros nucleares. La investigación se publica en la revista Physical Review Letters. .
En este proyecto, los físicos reestructuraron la instalación de fondo ultrabajo MAJORANA en el Centro de Investigación Subterránea de Sanford en Dakota del Sur. Además, introdujeron una muestra de tantalio sustancialmente más grande en comparación con cualquiera utilizada anteriormente en estudios similares.
A lo largo de un año, los investigadores recogieron datos utilizando detectores de germanio con una resolución energética excepcional. También desarrollaron métodos de análisis específicamente diseñados para detectar múltiples firmas de descomposición anticipadas. Estos esfuerzos combinados les han permitido establecer límites sin precedentes, dentro del rango de 10 18 al 10 19 años. Este nivel de sensibilidad marca el primer caso en el que los valores de vida media previstos por la teoría nuclear se han vuelto alcanzables.
Aunque el proceso de decadencia aún no se ha observado, estos avances han mejorado significativamente los límites existentes en uno o dos órdenes de magnitud. Además, este progreso ha permitido a los investigadores descartar ciertos rangos de parámetros asociados con varias partículas potenciales de materia oscura.
Más información: I. J. Arnquist et al, Restricciones en la decadencia de Ta180m, Cartas de revisión física (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.152501
Información de la revista: Cartas de revisión física
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