Las mediciones largamente buscadas de la exótica desintegración beta del talio ayudan a deducir las horas de nacimiento del Sol.

Los cálculos actuales estiman que nuestro Sol tardó unas decenas de millones de años en formarse a partir de una nube molecular. Los científicos derivan estos números de radionucleidos de larga vida que se producen justo antes de la formación del Sol en procesos llamados astrofísica. El proceso S operó en estrellas asintóticas de rama gigante (AGB) en la vecindad solar: estrellas de masa intermedia al final de sus ciclos de combustión. Todos los radionucleidos que se desintegraron durante mucho tiempo desde el nacimiento del Sol hace 4.600 millones de años dejaron sus huellas como pequeñas cantidades excesivas de productos de desintegración en meteoritos, donde ahora pueden detectarse. El candidato ideal es un radionúclido producido exclusivamente por el proceso s y libre de contaminación de otros procesos de nucleosíntesis. núcleo “sólo” ²⁰⁵Pb es el único candidato que cumple estas propiedades.

En la Tierra, es nuclear. ²⁰⁵Pb que se descompone. ²⁰⁵Tl cambiando uno de sus protones y un electrón atómico en un neutrón y un electrón en un neutrino. La diferencia de energía entre ²⁰⁵PB y su hija ²⁰⁵Tl es lo suficientemente pequeño como para tener grandes energías de enlace de electrones. ²⁰⁵Pb (con carga Z=82 en comparación con solo 81 electrones ²⁰⁵Tl) inclinar la balanza. En otras palabras, si se eliminan todos los electrones, los papeles de hija y madre se invierten en la desintegración, y ²⁰⁵Tl sufre una desintegración beta negativa. ²⁰⁵Este es el caso de las estrellas Pb AGB, donde temperaturas de unos 100 millones de Kelvin son suficientes para ionizar completamente los átomos. cantidad de ²⁰⁵La tasa de producción de Pb en las estrellas AGB depende de la tasa a la que ²⁰⁵Tl decae. ²⁰⁵Pb, pero esta desintegración no se puede medir en condiciones normales de laboratorio porque ²⁰⁵Tl es estable.

la caída de ²⁰⁵Tl sólo es energéticamente posible cuando el electrón resultante es capturado en uno de los orbitales atómicos unidos. ²⁰⁵El Pb tiene un modo de desintegración excepcionalmente raro conocido como desintegración beta en estado ligado. Además, la desintegración nuclear conduce a un estado excitado. ²⁰⁵El Pb se encuentra a sólo 2,3 kEV minúsculos por encima del estado fundamental, pero es muy favorecido para desintegrarse al estado fundamental. dio ²⁰⁵Tl-²⁰⁵El par Pb puede considerarse como un modelo principal estelar, ya que ambas direcciones de desintegración son posibles, y el ganador depende de la temperatura y la densidad (electrónica) del entorno estelar, y de la fuerza de la transición nuclear. desconocido en este estrellato. Competencia

Esta incógnita ha sido revelada ahora en un ingenioso experimento realizado por un equipo internacional de científicos de 37 instituciones que representan a doce países. La desintegración beta en estado ligado sólo es mensurable si al núcleo en descomposición se le despojan de todos los electrones y se mantiene en estas condiciones inusuales durante varias horas. En todo el mundo, esto solo es posible en el anillo de almacenamiento experimental de iones pesados ​​(ESR) GSI/FAIR junto con un separador de fragmentos (FRS). “La medición de ²⁰⁵tl⁸¹⁺ “Se propuso en la década de 1980, pero se necesitaron décadas de rápido desarrollo y el arduo trabajo de muchos colegas para llegar a buen término”, dice el profesor de GSI/FAIR Yuri Litvinov, portavoz del experimento. Un experimento exitoso debe desarrollarse para lograr el resultado deseado. condiciones, como la producción desnuda ²⁰⁵Tl en reacciones nucleares, su disociación en FRS y deposición, enfriamiento, almacenamiento y seguimiento en ESR.”

“Conociendo la fuerza de la transición, ahora podemos calcular con precisión las tasas a las que los pares líderes ²⁰⁵Tl-²⁰⁵“El Pb opera en las condiciones que se encuentran en las estrellas AGB”, dice el Dr. Riccardo Mancino, quien realizó los cálculos como investigador postdoctoral en la Universidad Técnica de Darmstadt y GSI/FAIR.

dio ²⁰⁵Los rendimientos de la producción de Pb en estrellas AGB han sido obtenidos por investigadores de Budapest (Hungría), INAF Osservatorio d’Abruzzo (Italia) y la Universidad de Hull (Reino Unido), implementando un nuevo ²⁰⁵tl/²⁰⁵Tasas de desintegración estelar del Pb en sus últimos modelos astronómicos AGB. “La nueva tasa de desintegración nos permite predecir con confianza cuánto. ²⁰⁵“El Pb se origina en las estrellas AGB y llega a la nube de gas que formó nuestro Sol”, explica la Dra. María Lugaro, investigadora del Observatorio Concoli. ²⁰⁵“El Pb que actualmente inferimos de los meteoritos, el nuevo resultado da un intervalo de tiempo para la formación del Sol a partir de una nube molecular progenitora de diez a 20 millones de años, consistente con otras especies radiactivas producidas por lentos procesos de captura de neutrones”.

“Nuestro resultado destaca cómo las instalaciones experimentales terrestres, la colaboración entre muchos grupos de investigación y mucho trabajo duro pueden ayudarnos a comprender los procesos en el núcleo de las estrellas. Con nuestros nuevos resultados experimentales, podemos descubrir cuánto tiempo le tomó a nuestro Sol formarse hace 4.600 millones de años”, afirma Guy Lekenby, estudiante de doctorado de TRIUMF y primer autor del artículo.

Es necesaria una vida media medida de beta-dec en estado unido para analizar la acumulación de ²⁰⁵Pb en el medio interestelar. Sin embargo, otras reacciones nucleares también son importantes, incluida la tasa de captura de neutrones. ²⁰⁵Pb para el cual se planea un experimento utilizando el método de reacción sustituta en ESR. Estos resultados ilustran claramente las posibilidades únicas que ofrecen los anillos de almacenamiento de iones pesados ​​de GSI/FAIR que permiten llevar el universo al laboratorio.

Este trabajo está dedicado a los difuntos colegas Fritz Bosch, Roberto Gallino, Hans Geissel, Paul Kienle, Fritz Nolden y Gerald J. Wasserburg, quienes apoyaron esta investigación durante muchos años.