¡Núcleo, eres la pera!


Esta semana nos hemos topado con la noticia de que en ISOLDE, del CERN, han visto por primera vez un núcleo con forma de pera.

Esto ha sido publicado en Nature en el siguiente artículo:

Studies of pear-shaped nuclei using accelerated radioactive beams

¿Por qué es esto noticia? ¿Qué nos dice esto de verdad?

Vamos a intentar adquirir una idea cercana de lo que esto significa y su importancia.

Modelos nucleares

Cuando nos enfrentamos al estudio y la descripción del núcleo atómico nos encontramos ante una tarea de enorme dificultad.  Un núcleo es un sistema de muchos cuerpos donde hay una interacción de gran intensidad controlando el cotarro. Estas características hacen que sea un tema harto complicado tener un modelo aceptable de la estructura nuclear. Es especialmente difícil tener la descripción de un núcleo como un conjunto de protones y neutrones interactuando entre si.

Afortunadamente tenemos modelos denominados efectivos, estos modelos son capaces de capturar la física y las características estructurales de los sistemas bajo estudio en un determinado rango de energías. Para los núcleos atómicos, en vez de considerarlos como un conjunto de nucleones (protones y neutrones), los consideramos una bolsa de “fluido” que está en permanente oscilación.

Tenemos que considerar que los núcleos presentan carga eléctrica positiva y que además tienen momento angular, es decir, están en rotación. Estas dos características hacen que la forma del núcleo sea diferente dependiendo de la competición de estos factores (entre otros).

Así que podemos tener varias formas del núcleo:

Estas son las formas usuales en las que pensamos que pueden estar los núcleos atómicos. Sin embargo, hay modelos y teorías que predicen formas más “exóticas”, es hablan de peras, bananas o pirámides.

El que un núcleo tenga estas posibles formas ayudará a entender mejor el tipo de interacciones y correlaciones que se dan en un núcleo. Además, una comprobación experimental permitiría discriminar entre varios modelos nucleares.

¿Qué se ha encontrado ahora?

Lo que han visto en los experimentos de ISOLDE ha sido que isótopos como el Radón-220 y el Radio-244 tiene una forma (u oscilan alrededor de) tipo pera:

Formas estimadas para los núcleos de Radón-220 y Radio-224.

Los resultado actuales son cualitativos, pero son un gran paso, aún hace falta hacer un estudio cuantitativo más pormenorizado.

Esto abre la puerta a estudiar características nucleares que dependen de la física más allá del modelo estándar. Por ejemplo, se podría mejorar el estudio del momento dipolar eléctrico en los átomos.

Tener estos iones de corta vida y con forma de pera nos indica que la distribución de protones y neutrones no es simétrica. Esto conllevaría a que haya zonas con exceso de carga positiva lo que, de forma efectiva, produciría un dipolo eléctrico.  Un dipolo eléctrico se presenta cuando hay una diferencia de carga eléctrica positiva y negativa en distintas regiones:

El modelo estándar nos dice que este momento dipolar eléctrico en los núcleos es muy pequeño o casi nulo. En estos casos este momento dipolar eléctrico en última instancia estaría generado por una distribución de las cargas negativas y positivas de los quarks dentro de los nucleones. (Protones y Neutrones están formados por quaks up y down que tiene cargas+2/3 y -1/3 de la carga del electrón respectivamente).

Una medida precisa de este momento dipolar eléctrico en el núcleo podría servir para tener evidencia de física más allá del modelo estándar. Por ejemplo supersimetría  ya que teorías supersimétricas nos dicen que esta cantidad tiene que ser superior que la predicha por el modelo estándar.

Por otro lado, un sistema que presente este tipo de momentos dipolares eléctricos necesariamente tiene que violar simetrías del tipo P y tipo T, por lo que su estudio también arrojaría luz acerca de la asimetría materia/antimateria.

Como siempre, este es un interesante primer paso para obtener mejores datos y mejores medidas sobre características físicas de los núcleos que nos ayudaran a entender mejor la física de nuestro universo.

Nos seguimos leyendo…

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3 Respuestas a “¡Núcleo, eres la pera!

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  2. Pingback: Física atómica y nuclear | Annotary

  3. Pingback: ¡Núcleo, eres la pera! | Universo ...

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