Un isótopo de oxígeno recientemente observado desafía todas nuestras expectativas sobre cómo debería comportarse. Se trata del oxígeno-28, con el mayor número de neutrones jamás visto en el núcleo de un átomo de oxígeno. Sin embargo, aunque los científicos creen que debería ser estable, se desintegra rápidamente, lo que pone en duda lo que pensábamos que sabíamos sobre el número “mágico” de partículas en el núcleo de un átomo.
El núcleo de un átomo contiene partículas subatómicas llamadas nucleones, formadas por protones y neutrones. El número atómico de un elemento está definido por la cantidad de protones que tiene, pero la cantidad de neutrones puede variar.
Los elementos con diferentes números de neutrones se conocen como isótopos. El oxígeno tiene 8 protones, pero puede tener diferentes números de neutrones. Anteriormente, el mayor número de neutrones observados era 18, en el isótopo del oxígeno oxígeno-26 (8 protones más 18 neutrones equivalen a 26 nucleones).
Ahora, un equipo dirigido por el físico nuclear Yosuke Kondo del Instituto de Tecnología de Tokio en Japón ha encontrado dos isótopos de oxígeno que nunca antes habíamos visto, oxígeno-27 y oxígeno-28, con 19 y 20 neutrones respectivamente. El trabajo se realizó en la fábrica de haces de isótopos radiactivos RIKEN, una instalación de acelerador de ciclotrón diseñada para producir isótopos inestables.
Primero, el equipo disparó un haz de isótopos de calcio-48 contra un objetivo de berilio para producir átomos más ligeros, incluido el flúor-29, un isótopo de flúor con 9 protones y 20 neutrones. Luego, este flúor-29 se separó y chocó con un objetivo de hidrógeno líquido para eliminar un protón en un intento de crear oxígeno-28.
El intento fue exitoso, pero sorprendente. Tanto el oxígeno-27 como el oxígeno-28 son inestables y duran solo un momento antes de descomponerse en oxígeno-24 y 3 o 4 neutrones sueltos, respectivamente, y aquí es donde las cosas se ponen interesantes para el oxígeno-28.
Tanto 8 como 20 son números “mágicos” para protones y neutrones respectivamente, una propiedad que sugiere que el oxígeno-28 debería ser estable. El número total de cada uno depende de cómo cada nucleón agregado afecta la estabilidad de las cuotas de protones y neutrones llamadas “capas”.
Un número mágico en física nuclear es el número de nucleones que llenarán completamente una capa, y cada nueva capa se distingue de la anterior por una amplia brecha de energía. Un núcleo atómico con capas de protones y neutrones que contienen números mágicos de cada una se conoce como doblemente mágico y se espera que sea especialmente estable.
La mayor parte del oxígeno de la Tierra, incluido el aire que respiramos, es una forma doblemente mágica de oxígeno, el oxígeno-16. Durante mucho tiempo se esperaba que el oxígeno-28 fuera el siguiente isótopo de oxígeno doblemente mágico después del oxígeno-16, pero los intentos anteriores de encontrarlo fracasaron. Curiosamente, en 2009 surgió evidencia de que el oxígeno-24 podría ser doblemente mágico, lo que sugiere que 16 podría ser un número mágico.
El trabajo de Kondo y sus colegas podría explicar por qué. Sus hallazgos sugieren que la capa de neutrones no se había llenado. Esto pone en duda si 20 es o no un número mágico para los neutrones.
Curiosamente, parece coherente con un fenómeno conocido como isla de inversión para los isótopos de neón, sodio y magnesio, donde las capas de 20 neutrones no logran cerrarse. Esto también se aplica al flúor-29 y ahora, aparentemente, al oxígeno-28.
Una mayor comprensión de la extraña capa de neutrones abierta tendrá que esperar hasta que los investigadores puedan sondear el núcleo en un estado excitado y de mayor energía. Otros métodos de formación del oxígeno-28 también podrían ser reveladores, aunque es mucho más complicado de realizar. Por ahora, los fascinantes y difíciles resultados del equipo revelan que los núcleos doblemente mágicos podrían ser mucho más complicados de lo que pensábamos.
La investigación ha sido publicada en Nature.
Fuente: Science Alert.
