Cuatro fuerzas fundamentales (la fuerza electromagnética, la gravedad y las fuerzas nucleares fuerte y débil) que gobiernan el universo describen simultáneamente la interacción de las partículas y cómo esta interacción constituye el mundo.
Los investigadores están un paso más cerca de comprender la fuerza nuclear fuerte, una de las fuerzas más misteriosas, gracias a un estudio reciente de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill y el Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE). Argonne National Laboratory.
Su investigación se basa en teorías fundamentales de la estructura atómica desarrolladas por la física Argonne, ganadora del Premio Nobel, Maria Goeppert Mayer a principios de los años 1960. Contribuyó a la creación de un modelo matemático de estructura nuclear. Su teoría aclaró un viejo misterio entre los científicos: por qué un número particular de protones y neutrones en el núcleo de un átomo lo hace muy estable.
Al investigar cómo puede cambiar la estructura de un núcleo cuando se forma en un estado excitado mediante una reacción nuclear, el equipo de investigación ha realizado previamente experimentos comparables para examinar la fuerza nuclear fuerte. Examinaron los 64 neutrones y el protón níquel-64, que resultaron de estos y otros estudios realizados en el extranjero. Este núcleo pesa más que cualquier núcleo de níquel estable, con 28 protones y 36 neutrones. Cuando se estimula a niveles de energía más altos, las características de este isótopo de níquel le permiten cambiar su estructura.
Para su experimento, el equipo utilizó el sistema acelerador Argonne Tandem Linac, una instalación de usuario de la Oficina de Ciencias del DOE, para acelerar una muestra de núcleos de Ni-64 hacia un objetivo principal. Los átomos de plomo lograron excitar los núcleos de Ni-64 a través de las fuerzas electromagnéticas resultantes de la repulsión entre el plomo y el níquel. protones.
Se asemeja al procedimiento de calentar una bolsa de palomitas de maíz en el microondas. Los granos comienzan a explotar en varias formas y tamaños a medida que se calientan. Las palomitas de maíz que salen del microondas son diferentes a las que entran y, lo que es más importante, la energía aplicada a los granos hizo que cambiaran su estructura.
Los rayos gamma producidos cuando los núcleos de Ni-64 volvieron a desintegrarse a su estado fundamental fueron descubiertos por el instrumento GRETINA después de que los núcleos de Ni-64 fueron estimulados. La orientación de las partículas implicadas en el contacto fue determinada por CHICO2, un detector diferente. El equipo pudo identificar la forma (o formas) que asumió el Ni-64 como emocionante, gracias a los datos recopilados por los detectores.
El análisis de los datos reveló que los núcleos de Ni-64 estimulados por interacciones con plomo también sufrieron alteraciones estructurales. Sin embargo, dependiendo de la cantidad de energía aplicada, el núcleo atómico esférico del níquel adquirió una forma achatada, similar al pomo de una puerta, o una forma alargada, similar a una pelota de fútbol. Este descubrimiento es excepcional para núcleos pesados como el Ni-64, que tienen muchos protones y neutrones.
Robert Janssens, profesor de la UNC-Chapel Hill y coautor del artículo, dijo, “Un modelo es una imagen de la realidad y sólo es válido si puede explicar lo que se sabía antes y tiene cierto poder predictivo. Estamos estudiando la naturaleza y el comportamiento de los núcleos para mejorar continuamente nuestros modelos actuales de fuerza nuclear fuerte”.
“Los hallazgos en Ni-64 y los núcleos circundantes pueden sentar las bases para futuros descubrimientos prácticos en el campo de la ciencia nuclear, como la energía nuclear, la astrofísica y la medicina. Más del 50% de los procedimientos médicos en los hospitales hoy involucran isótopos nucleares. Y la mayoría de estos isótopos se han descubierto mientras se realizaban investigaciones fundamentales como las que estamos haciendo nosotros”.
Referencia de la revista:
- D. Little, AD Ayangeakaa, et al. Excitación de Coulomb de varios pasos de 64Ni: coexistencia de formas y naturaleza de excitaciones de bajo espín. física Rev C. DOI: 10.1103/PhysRevC.106.044313
