Físicos indagan en la formación de los elementos en las islas de inversión

Un equipo internacional de científicos ha obtenido nuevos indicios sobre la formación de los elementos más pesados durante supernovas. Este equipo, financiado en parte por la Unión Europea, llegó a una serie de conclusiones tras explorar las llamadas islas de inversión, en las que los núcleos atómicos adoptan formas inesperadas. El estudio se ha publicado en la revista Physical Review Letters.

Este trabajo contó con el apoyo del proyecto comunitario EURONS («Iniciativa europea integrada de infraestructura sobre estructuras nucleares»), al que se adjudicaron 14 millones de euros a través de la línea presupuestaria «Infraestructuras de investigación» del Sexto Programa Marco (6PM).

En los inicios del Universo, éste contenía tan sólo los elementos más ligeros, es decir, hidrógeno y helio. Otros elementos relativamente ligeros, como el carbono y el oxígeno, se crearon en el interior de las primeras estrellas mediante la fusión de núcleos atómicos. En cambio, varios elementos más pesados que el hierro -como el oro, la plata y el uranio- deben su existencia a supernovas.

La explosión de una estrella genera una amplia variedad de núcleos atómicos pesados. Éstos suelen degradarse a elementos más estables pasando por una serie de etapas intermedias fugaces. Los núcleos atómicos están formados por distintas cantidades de protones y neutrones, y en física atómica se ha desarrollado un modelo que permite predecir las combinaciones de neutrones y protones previsiblemente más estables. En este sentido revisten especial interés los llamados «números mágicos». Si la composición de protones y neutrones de determinado núcleo coincide con uno de estos números mágicos, poseerá una estructura estable y su forma será la de una esfera prácticamente perfecta.

Sin embargo, hay ocasiones en las que núcleos que deberían ser «mágicos» se desmarcan de la teoría. En estos casos se habla de «islas de inversión». Buena muestra de ello es el núcleo, supuestamente mágico, del isótopo del magnesio-32, que consta de 12 protones y 20 neutrones. En teoría, el núcleo del magnesio-32 debería presentar una forma perfectamente esférica. Pero en realidad, en su estado de energía más bajo, la forma del núcleo se asemeja más a la de una pelota de rugby que a una esfera.

Los investigadores del estudio referido se propusieron estudiar esta isla de inversión, para lo cual crearon magnesio-32 proyectando magnesio-30 contra un isótopo (o versión) radioactivo del hidrógeno llamado tritio. Por medio de este proceso se transfirieron dos neutrones desde los núcleos de tritio a los núcleos de magnesio, dando lugar a magnesio-32. Los experimentos se llevaron a cabo en el Consejo Europeo de Investigación Nuclear (CERN), sito en Suiza.

En teoría, el magnesio-32 no debería pasar de su aspecto deformado a una forma esférica a menos que alcance estados de energía elevados. Este estudio constituye la primera vez en la que se ha confirmado la existencia de una versión esférica del núcleo del magnesio-32. En concreto, los autores han descubierto que el magnesio-32 adopta una forma esférica en un estado de energía mucho más bajo de lo previsto.

En su opinión, este hallazgo cuestiona la exactitud de los modelos empleados para predecir cambios en las estructuras atómicas. Por consiguiente, deberán realizarse más experimentos para poder realizar una descripción completa de los procesos que tienen lugar en las islas de inversión.

«Nos produjo una gran satisfacción poder confirmar por fin la existencia de un núcleo esférico de magnesio-32», declaró el profesor Reiner Krücken, director del departamento de física nuclear y de hadrones de la Universidad Técnica de Múnich (Alemania). «Al mismo tiempo, estos hallazgos plantean nuevos desafíos para la física. Para poder predecir el proceso exacto de la síntesis de elementos en las explosiones estelares, habrá que comprender en mayor profundidad el mecanismo causante de los cambios en la estructura nuclear.»

En el estudio participaron científicos de Bélgica, Dinamarca, Francia, Alemania, España, Reino Unido y Estados Unidos.

Para más información:

Universidad Técnica de Múnich (TUM): http://www.tumuenchen.de/

Physical Review Letters: http://prl.aps.org/

Fuente: Cordis

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