Durante muchos años, los físicos nucleares creyeron que las “islas de inversión” se encontraban principalmente en isótopos llenos de neutrones adicionales. Estas regiones inusuales de la carta atómica son lugares donde la estructura normal del núcleo atómico que sigue las reglas esperadas se detiene repentinamente. En este caso, los conocidos números mágicos desaparecen, las formas nucleares circulares se rompen y el núcleo puede adoptar una forma muy distorsionada.
Hasta ahora, todos los ejemplos conocidos han ocurrido en núcleos muy inestables y ricos en neutrones. Algunos ejemplos son el berilio-12 (norte = 8), magnesio-32 (norte = 20), y cromo-64 (norte = 40). Todos estos están lejos de los elementos estables que normalmente se encuentran en la naturaleza.
Los científicos han encontrado una sorprendente isla nuclear
Un nuevo estudio realizado por un equipo de investigación internacional ha descubierto algo inesperado. Científicos del Centro de Estudios Nucleares Exóticos, el Instituto de Ciencias Básicas (IBS), la Universidad de Padua, la Universidad Estatal de Michigan, la Universidad de Estrasburgo y varias otras instituciones han identificado una isla de Ulta en un lugar que nadie esperaba.
En lugar de aparecer en núcleos pesados de neutrones, la región recién descubierta existe en una de las partes más simétricas de la carta atómica. En esta región, el número de protones y neutrones es igual.
Estudiando isótopos raros de molibdeno
Los investigadores se centraron en dos isótopos de molibdeno: molibdeno-84 (z = norte = 42) y molibdeno-86 (z = 42, norte = 44). Ambos están acostados de lado. norte = z línea, que es particularmente importante en la física nuclear. Sin embargo, estos isótopos son extremadamente difíciles de estudiar porque resulta complicado producirlos en experimentos de laboratorio.
Utilizando haces de isótopos raros y detectores de rayos gamma altamente sensibles en la Universidad Estatal de Michigan, el equipo midió la vida útil de los estados nucleares excitados con precisión en la escala de picosegundos.
Para crear el haz requerido, los científicos aceleraron iones de Mo-92 y los dispararon contra un objetivo de berilio, creando núcleos de Mo-86 de rápido movimiento. Se utilizó un separador A1900 para separar los fragmentos deseados de las muchas partículas producidas durante la colisión. Luego, el rayo Mo-86 se dirigió a un segundo objetivo. Durante este paso, algunos núcleos se excitan, mientras que otros pierden dos neutrones y se convierten en Mo-84.
Cuando estos núcleos volvieron a su estado de energía más bajo, emitieron rayos gamma que proporcionaron pistas sobre su estructura interna.
Las mediciones de rayos gamma revelan la estructura atómica
Los rayos gamma emitidos se detectaron con GRETINA, un conjunto de detectores de germanio de alta resolución capaz de rastrear interacciones individuales de rayos gamma. Los científicos también utilizaron TRIPLEX, un instrumento diseñado para medir vidas extremadamente cortas que duran sólo una billonésima de segundo.
Los investigadores compararon las mediciones con simulaciones de GEANT4 Monte Carlo. Esto les permitió determinar la vida útil del primer estado nuclear excitado y estimar cuánto se había distorsionado el núcleo desde su forma esférica.
Diferencia dramática entre Mo-84 y Mo-86
Los resultados mostraron un contraste interesante entre los dos isótopos. Aunque Mo-84 y Mo-86 se diferencian sólo en dos neutrones, su comportamiento es muy diferente.
El Mo-84 exhibe una cantidad inusualmente grande de movimiento articular. Esto significa que muchos protones y neutrones se mueven juntos a través de una gran brecha entre capas. Los físicos nucleares describen este fenómeno como “excitación de agujeros de partículas”. En este proceso, algunos nucleones saltan a orbitales de mayor energía, convirtiéndose en partículas, mientras dejan vacantes o agujeros en orbitales de menor energía.
Cuando muchos nucleones participan en esta transición concertada, el núcleo se distorsiona fuertemente.
Excitación de agujeros de partículas y deformación nuclear.
Cálculos teóricos detallados ayudaron a explicar por qué los dos isótopos se comportan de manera tan diferente. En Mo-84, los protones y neutrones experimentan excitaciones simultáneas muy grandes en los agujeros de partículas. De hecho, el núcleo experimenta efectivamente un reordenamiento de 8 partículas y 8 agujeros. Esta extensa reordenación produce una forma nuclear muy distorsionada.
El efecto surge de las interacciones entre la simetría de protones y neutrones y el estrechamiento de la brecha de capa. norte = z = 40. Esta combinación facilita que muchos nucleones crucen la brecha al mismo tiempo.
Los investigadores también descubrieron que estos resultados no podían reproducirse sin tener en cuenta la energía de los tres núcleos. En esta interacción, tres nucleones se afectan entre sí simultáneamente. Los modelos que incluyen sólo interacciones tradicionales de dos núcleos no logran reproducir la estructura observada.
Un nuevo tipo de isla de inversión
El Mo-86 se comporta de manera muy diferente. Presenta una excitación 4p-4h más modesta y, por tanto, está mucho menos distorsionada.
En conjunto, los hallazgos muestran que Mo-84 se encuentra dentro de una “isla de inversión” recientemente identificada, mientras que Mo-86 se encuentra fuera de esta región.
Esta recién descubierta “isla de inversión simétrica con isospin” norte = z El núcleo Mo-84 representa el primer ejemplo conocido de una isla de inversión en un sistema simétrico de protones y neutrones. El descubrimiento desafía las suposiciones arraigadas sobre dónde pueden formarse estas regiones nucleares inusuales y proporciona nuevos conocimientos sobre las fuerzas fundamentales que mantienen unidos los núcleos atómicos.
