Al crear cinco nuevos isótopos, un equipo de investigación internacional que trabaja en la Instalación para Haces de Isótopos Raros (FRIB) de la Universidad Estatal de Michigan ha acercado las estrellas a la Tierra.
Los isótopos, conocidos como tulio-182, tulio-183, iterbio-186, iterbio-187 y lutecio-190, se informan en la revista Physical Review Letters.
Estos representan el primer lote de nuevos isótopos fabricados en FRIB, una instalación de usuario para la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU., o DOE-SC, que apoya la misión de la Oficina de Física Nuclear del DOE-SC. Los nuevos isótopos muestran que FRIB se está acercando a la creación de especímenes nucleares que actualmente sólo existen cuando cuerpos celestes ultradensos conocidos como estrellas de neutrones chocan entre sí.
"Esa es la parte emocionante", dijo Alexandra Gade, profesora de física en FRIB y en el Departamento de Física y Astronomía de MSU y directora científica de FRIB. "Estamos seguros de que podemos acercarnos aún más a los núcleos que son importantes para la astrofísica."
Gade también es coportavoz del proyecto, que fue dirigido por Oleg Tarasov, físico investigador senior de FRIB.
El equipo de investigación incluyó una cohorte basada en FRIB y MSU, junto con colaboradores del Instituto de Ciencias Básicas de Corea del Sur y de RIKEN en Japón, acrónimo que se traduce como Instituto de Investigación Física y Química.
"Esta es probablemente la primera vez que estos isótopos han existido en la superficie de la Tierra", afirmó Bradley Sherrill, profesor distinguido de la Facultad de Ciencias Naturales de MSU y jefe del departamento de Separador Avanzado de Isótopos Raros del FRIB.
Para una explicación de lo que significa "avanzado" en este contexto, Sherrill dijo que los investigadores necesitaban sólo un par de partículas individuales de un nuevo isótopo para confirmar su existencia e identidad utilizando los instrumentos de última generación del FRIB.
Ahora que los investigadores saben cómo producir estos nuevos isótopos, pueden comenzar a producirlos en mayores cantidades para realizar experimentos que nunca antes fueron posibles. Los investigadores también están ansiosos por seguir el camino que han forjado para crear más isótopos nuevos que se parezcan aún más a los que se encuentran en las estrellas.
"Me gusta hacer la analogía de emprender un viaje. Estábamos deseando ir a un lugar en el que nunca habíamos estado antes y este es el primer paso", dijo Sherrill. "Hemos salido de casa y estamos empezando a explorar."
Nuestro sol es una fábrica atómica cósmica. Es lo suficientemente potente como para tomar los núcleos de dos átomos o núcleos de hidrógeno y fusionarlos en un núcleo de helio.
El hidrógeno y el helio son las primeras y más ligeras entradas de la tabla periódica de elementos. Llegar a los elementos más pesados sobre la mesa requiere entornos aún más intensos que los que se encuentran bajo el sol.
Los científicos plantean la hipótesis de que elementos como el oro (unas 200 veces más masivo que el hidrógeno) se crean cuando dos estrellas de neutrones se fusionan.
Las estrellas de neutrones son los núcleos sobrantes de estrellas que explotaron y que originalmente eran mucho más grandes que nuestro Sol, pero no tanto como para convertirse en agujeros negros en sus actos finales. Aunque no son agujeros negros, las estrellas de neutrones aún acumulan una inmensa cantidad de masa en un tamaño muy modesto.
"Son aproximadamente del tamaño de Lansing con la masa de nuestro sol", dijo Sherrill. "No es seguro, pero la gente piensa que todo el oro de la Tierra se formó en colisiones de estrellas de neutrones."
Al producir isótopos que están presentes en el lugar de la colisión de una estrella de neutrones, los científicos podrían explorar y comprender mejor los procesos involucrados en la fabricación de estos elementos pesados.
Los cinco nuevos isótopos no son parte de ese medio, pero son lo más cerca que han estado los científicos de llegar a ese territorio especial, y las perspectivas para alcanzarlo finalmente son muy buenas.
Para crear los nuevos isótopos, el equipo envió un haz de iones de platino hacia un objetivo de carbono. La corriente del haz dividida por el estado de carga fue de 50 nanoamperios. Desde que se realizaron estos experimentos, FRIB ya ha aumentado la potencia de su haz hasta 350 nanoamperios y tiene planes de alcanzar hasta 15.000 nanoamperios.
Mientras tanto, los nuevos isótopos son interesantes en sí mismos y presentan a la comunidad de investigación nuclear nuevas oportunidades para dar un paso hacia lo desconocido.
"No es una gran sorpresa que estos isótopos existan, pero ahora que los tenemos, tenemos colegas que estarán muy interesados en lo que podemos medir a continuación", dijo Gade. "Ya estoy empezando a pensar en lo que podemos hacer a continuación en términos de medir sus vidas medias, sus masas y otras propiedades."
La investigación de estas cantidades en isótopos que nunca antes habían estado disponibles ayudará a informar y perfeccionar nuestra comprensión de la ciencia nuclear fundamental.
"Hay mucho más que aprender", dijo Sherrill. "Y estamos en camino."
Más información: O. B. Tarasov et al, Observación de nuevos isótopos en la fragmentación de Pt198 en FRIB, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.072501
Proporcionado por la Universidad Estatal de Michigan
