Se cree que la colisión de estrellas de neutrones crea metales preciosos como el oro y el platino. Las características de estas estrellas siguen siendo un misterio, pero la solución podría encontrarse en el núcleo atómico de plomo, uno de los bloques de construcción más pequeños de la Tierra. Ha resultado ser un desafío desbloquear los secretos de la fuerza vital que controla el interior de las estrellas de neutrones en el núcleo del átomo.
Un nuevo estudio de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, puede ofrecer las respuestas. Utilizando un modelo informático, el estudio presenta un gran avance en el cálculo del núcleo atómico del elemento pesado y estable plomo.
El modelo, desarrollado con colegas en Norteamérica e Inglaterra, ahora muestra el camino a seguir. Permite predicciones de alta precisión de las propiedades del isótopo* plomo-208 y su denominada "piel de neutrones".
Aunque el tamaño de una estrella de neutrones es muchos kilómetros más grande que una núcleo atómico, sus propiedades se rigen generalmente por la misma física. El denominador común es la fuerza vital que une protones y neutrones entre sí en un núcleo atómico. La misma fuerza impide igualmente que una estrella de neutrones colapse. A pesar de ser un componente fundamental en el cosmos, la fuerza vital es difícil de tener en cuenta en los modelos informáticos, especialmente cuando se trata de núcleos atómicos pesados y ricos en neutrones como el plomo. Como resultado, los cálculos complejos de los investigadores los han dejado luchando con muchos problemas sin resolver.
Para comprender cómo funciona la fuerza fuerte en la materia rica en neutrones, los científicos necesitan comparaciones significativas entre la teoría y el experimento, las observaciones realizadas en laboratorios y con telescopios, y simulaciones teóricas confiables.
Andreas Ekström, profesor asociado del Departamento de Física de Chalmers y uno de los principales autores del artículo, dijo: "Nuestro avance significa que hemos podido realizar tales cálculos para el elemento estable más pesado: el plomo".
Los investigadores fusionaron teorías con datos preexistentes de estudios experimentales para crear un nuevo modelo computacional. Después de eso, un método estadístico utilizado anteriormente para simular la posible propagación del coronavirus se combinó con cálculos complejos.
Ahora es posible evaluar varias hipótesis de fuerza fuerte utilizando el nuevo modelo para el plomo. También se pueden hacer predicciones para varios núcleos atómicos, desde el más débil hasta el más pesado, utilizando el modelo.
Los 126 neutrones que componen un núcleo atómico crean la cubierta exterior o piel del átomo. Las propiedades de la fuerza vital están relacionadas con el grosor de la piel. La comprensión del funcionamiento de la fuerza vital, tanto en los núcleos atómicos como en las estrellas de neutrones, puede mejorarse anticipando la espesor de la piel de neutrones.
El líder de investigación Christian Forssén, profesor del Departamento de Física de Chalmers, dijo: “Predecimos que la piel de neutrones es sorprendentemente delgada, lo que puede proporcionar nuevos conocimientos sobre la fuerza entre los neutrones. Un aspecto innovador de nuestro modelo es que proporciona predicciones y puede evaluar márgenes de error teóricos. Esto es crucial para poder hacer progresos científicos”.
"El avance podría conducir a modelos más precisos de, por ejemplo, estrellas de neutrones y un mayor conocimiento de cómo se forman".
“El objetivo para nosotros es comprender mejor cómo se comporta la fuerza fuerte en las estrellas de neutrones y los núcleos atómicos. Lleva la investigación un paso más cerca de comprender cómo, por ejemplo, el oro y otros elementos podrían crearse en las estrellas de neutrones y, al final del día, se trata de comprender el universo”.
Referencia de la revista:
- Hu, B., Jiang, W., Miyagi, T. et al. Las predicciones ab initio vinculan la piel de neutrones de 208Pb con las fuerzas nucleares. Nat. fisio. 18, 1196-1200 (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01715-8
