Proporciones nunca antes vistas de part\u00edculas que componen los n\u00facleos at\u00f3micos han surgido en un experimento hist\u00f3rico que involucra la fragmentaci\u00f3n de elementos pesados. Al romper los n\u00facleos de platino, los f\u00edsicos dirigidos por Oleg Tarasov de la Universidad Estatal de Michigan han descubierto nuevos is\u00f3topos de elementos de tierras raras como tulio, iterbio y lutecio. Es un logro que los cient\u00edficos creen que les ayudar\u00e1 a comprender las propiedades de los n\u00facleos ricos en neutrones y los procesos que forjan nuevos elementos en la colisi\u00f3n de estrellas de neutrones. El trabajo, dicen los investigadores, tambi\u00e9n demuestra el poder de la recientemente terminada Instalaci\u00f3n para Haces de Is\u00f3topos Raros (FRIB) de la Universidad Estatal de Michigan, que llev\u00f3 a cabo su primer experimento en junio de 2022.<\/p>\n\n\n\n
No todas las formas de un elemento est\u00e1n construidas de la misma manera. Cada n\u00facleo at\u00f3mico consta de una serie de part\u00edculas subat\u00f3micas conocidas como nucleones: protones y neutrones. El n\u00famero de protones es constante en todas las formas de un elemento y le da a ese elemento su n\u00famero at\u00f3mico.<\/p>\n\n\n\n
Sin embargo, el n\u00famero de neutrones puede variar. Estas variaciones determinan lo que se conoce como is\u00f3topos de un elemento.<\/p>\n\n\n\n
Todos los elementos tienen una serie de is\u00f3topos, que se forman con distintos niveles de estabilidad. Algunos se desintegran extraordinariamente r\u00e1pido, descomponi\u00e9ndose en elementos m\u00e1s ligeros en una r\u00e1faga de radiaci\u00f3n ionizante. Algunos simplemente se mantienen en perfecta estabilidad. Comprender los diferentes is\u00f3topos y c\u00f3mo se comportan ayuda a los cient\u00edficos a descubrir c\u00f3mo el Universo produce elementos y a estimar la abundancia de esos elementos en el espacio y el tiempo.<\/p>\n\n\n\n
Para forjar sus nuevos is\u00f3topos, Tarasov y sus colegas comenzaron con un is\u00f3topo de platino con 120 neutrones llamado 198Pt. El platino est\u00e1ndar tiene 117 neutrones; el uso de un is\u00f3topo m\u00e1s pesado puede cambiar la forma en que se fragmenta el n\u00facleo.<\/p>\n\n\n\n
Colocaron estos \u00e1tomos en el FRIB, que utiliza un acelerador de iones pesados para fragmentar los n\u00facleos at\u00f3micos. Se disparan haces de is\u00f3topos raros contra un objetivo a velocidades superiores a la mitad de la velocidad de la luz. Cuando alcanzan el objetivo, estos is\u00f3topos se fragmentan en is\u00f3topos m\u00e1s ligeros del n\u00facleo. Los f\u00edsicos pueden entonces detectar y estudiar estos is\u00f3topos.<\/p>\n\n\n\n
En la fragmentaci\u00f3n de 198Pt, el equipo de Tarasov descubri\u00f3 182Tm y 183Tm, con 113 y 114 neutrones respectivamente. El tulio est\u00e1ndar tiene 69 neutrones. Tambi\u00e9n encontraron 186Yb y 187Yb, con 116 y 117 neutrones, respectivamente. El iterbio est\u00e1ndar tiene 103 neutrones. Finalmente encontraron 190Lu, con 119 neutrones; El lutecio est\u00e1ndar tiene 104 neutrones.<\/p>\n\n\n\n
Cada uno de estos is\u00f3topos se observ\u00f3 en m\u00faltiples ejecuciones del acelerador. Esto significa, dicen los investigadores, que FRIB puede usarse para estudiar la s\u00edntesis de is\u00f3topos ricos en neutrones de elementos pesados en reg\u00edmenes que hasta ahora han sido bastante descuidados, no por falta de inter\u00e9s, sino por la capacidad de crearlos y detectarlos.<\/p>\n\n\n\n
Esto, a su vez, podr\u00eda ayudarnos a comprender c\u00f3mo los violentos acontecimientos c\u00f3smicos forjan los elementos m\u00e1s pesados del Universo. Cualquier cosa m\u00e1s pesada que el hierro en el Universo s\u00f3lo puede crearse en condiciones extremas, como las que se observan en las supernovas, por ejemplo, y en las colisiones entre estrellas de neutrones.<\/p>\n\n\n\n
Un proceso de nucleos\u00edntesis que se observa en las colisiones de estrellas de neutrones es el proceso r\u00e1pido de captura de neutrones o proceso r. Esto ocurre cuando los n\u00facleos at\u00f3micos absorben r\u00e1pidamente los neutrones que flotan libremente y que se liberan durante la explosi\u00f3n de la kilonova, comenzando su transformaci\u00f3n en un elemento m\u00e1s pesado. As\u00ed obtenemos oro, estroncio, platino y otros metales pesados.<\/p>\n\n\n\n
Dicen que el experimento del equipo se est\u00e1 acercando mucho a reproducir el proceso r. Esto significa que muy pronto podremos tener a nuestra disposici\u00f3n una herramienta que pueda replicar una de las v\u00edas de nucleos\u00edntesis observadas en algunos de los eventos m\u00e1s violentos que el Universo tiene para ofrecer.<\/p>\n\n\n\n
“Las capacidades \u00fanicas del FRIB, incluidos haces primarios muy intensos con energ\u00edas superiores a las disponibles en el Laboratorio Nacional de Ciclotrones Superconductores, lo convierten en una instalaci\u00f3n ideal para explorar la regi\u00f3n alrededor del n\u00famero de neutrones N = 126 y m\u00e1s all\u00e1”, escriben los investigadores.<\/p>\n\n\n\n
“Los investigadores del FRIB pueden utilizar estas reacciones para producir, identificar y estudiar las propiedades de nuevos is\u00f3topos, contribuyendo a los avances en la f\u00edsica nuclear, la astrof\u00edsica y nuestra comprensi\u00f3n de las propiedades fundamentales de la materia”.<\/p>\n\n\n\n
La investigaci\u00f3n ha sido publicada en Physical Review Letters<\/a>.<\/p>\n\n\n\n