Evidencias de un nuevo número nuclear “mágico”

Los investigadores han dado un paso más acerca de entender los núcleos atómicos inestables. Un equipo de investigadores de RIKEN, la Universidad de Tokio y de otras instituciones en Japón e Italia ha aportado pruebas de un nuevo número mágico nuclear en el inestable calcio isótopo radiactivo ⁵⁴ Ca. En un estudio publicado en la revista Nature, muestran que ⁵⁴ Ca es el primer núcleo conocido con 34 neutrones (N), donde N = 34 es un número mágico.

Los protones y los neutrones dentro del núcleo atómico, muestran estructuras laminares de manera similar a los electrones en un átomo. Para núcleos naturalmente estables, estas conchas nucleares se llenan por completo cuando el número de protones o el número de neutrones es igual a los números “mágicos” 2, 8, 20, 28, 50, 82 o 126.

Sin embargo, se ha demostrado recientemente que los números mágicos tradicionales, que una vez se pensó eran comunes para todos los núcleos, pueden en cambio estar presente en núcleos inestables radiactivos, que tienen un gran desequilibrio de protones y neutrones.

En el estudio dirigido por David Steppenbeck del Centro de Estudios Nucleares, de la Universidad de Tokio, el equipo de investigadores se centró en ⁵⁴ Ca, que tiene 20 protones y 34 neutrones en su núcleo. El equipo fue capaz de estudiar este núcleo gracias al  Radioactive Isotope Beam Factory (RIBF) de RIKEN, que produce los rayos radiactivos más altos de intensidad disponibles en el mundo.

En su experimento, un rayo radiactivo compuesto del escandio-55 y titanio-56 que viajaba a alrededor del 60% ​​de la velocidad de la luz, fue seleccionado y se purificó mediante el separador de fragmentos BigRIPS, un instrumento parte de la suite RIBF. El haz radiactivo se centró en un objetivo hecho de berilio. Dentro de este objetivo, se produjo la fragmentación del proyectil ⁵⁵ Sc y ⁵⁶ Ti, dando lugar a la creación de numerosos nuevos núcleos radiactivos, algunos en estados excitados. Los investigadores midieron entonces la energía de los rayos emitidos desde los estados excitados de los núcleos radiactivos utilizando una matriz de 186 detectores que rodean el objetivo.

Los resultados del experimento indican que el primer estado excitado de Ca ⁵⁴ se encuentra a una energía relativamente alta, lo cual es característico de una gran brecha en la cáscara nuclear, lo que indica que N = 34, en ⁵⁴ Ca, es un nuevo número mágico, como se predice teóricamente un grupo de la Universidad de Tokio en 2001. Al realizar una comparación más detallada de la teoría nuclear, los investigadores fueron capaces de demostrar que la N = 34 es un número mágico de importante como algunas otras lagunas en los caparazones nucleares.

“Nuestra nueva medición proporciona datos clave para la comprensión de núcleos ricos en neutrones y ayudará a precisar el tratamiento de las fuerzas nucleares en sistemas alejados de la estabilidad”, explica David Steppenbeck.

“Enriquecer el conocimiento de las estructuras de núcleos muy inestables y las fuerzas nucleón-nucleón que impulsan la evolución de la concha nuclear y la aparición o desaparición de los números mágicos nucleares en núcleos radiactivos, juega un papel importante en la comprensión de procesos astrofísicos como la nucleosíntesis en las estrellas” , añade.

Enlace original: Evidence for a new nuclear ‘magic number’