No es frecuente en la física nuclear que se puedan entender claramente los dos lados de la historia, pero un experimento reciente permitió a los investigadores hacer exactamente eso. Compararon núcleos muy similares entre sí para obtener una visión más clara de cómo son los componentes de los núcleosarregló y descubrió que aún hay más para aprender sobre el corazón de la materia. La investigación, realizada en el Centro Nacional de Aceleradores Thomas Jefferson del Departamento de Energía, se publicó recientemente como una lectura sugerida por los editores Cartas de revisión física .
"Queremos estudiar la estructura nuclear, que es básicamente cómo se comportan los protones y los neutrones dentro de un núcleo", explica Reynier Cruz-Torres, investigador postdoctoral en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del DOE que trabajó en el experimento como estudiante graduado en el MassachusettsInstituto de Tecnología ". Para hacer eso, podemos medir cualquier núcleo que queramos. Pero para hacer una prueba de alta precisión de la teoría nuclear, estamos limitados a núcleos de luz que tienen cálculos de precisión. Medir estos núcleos de luz es un punto de referencia para comprenderestructura nuclear en general "
Para esta medición, los investigadores se centraron en dos de los núcleos más simples y ligeros del universo: helio e hidrógeno. Se centraron en un isótopo de helio llamado helio-3, llamado así porque contiene solo tres componentes principales: dos protones yun neutrón. El isótopo de hidrógeno que probaron, el tritio, también se compone de tres componentes: un protón y dos neutrones.
"Son núcleos espejo. Por lo tanto, se puede suponer que los protones en helio-3 son básicamente los mismos que los neutrones en tritio y viceversa", dice Florian Hauenstein, investigador postdoctoral conjunto en la Universidad Old Dominion y el MIT.
Según los investigadores, al comparar estos núcleos relativamente simples, pueden obtener una ventana a las fuertes interacciones nucleares que no se pueden duplicar en otros lugares. Esto se debe a que, como algunos de los núcleos más ligeros y menos complicados del universo, estoslos núcleos son excelentes ejemplos para comparar con las teorías de vanguardia que describen las estructuras básicas de diferentes núcleos.
"Los cálculos teóricos han estado ahí por un tiempo, pero no sabíamos qué tan buenos son", explica Dien Nguyen, investigador postdoctoral en el MIT y miembro entrante de Nathan Isgur en Experimento Nuclear en Jefferson Lab. "Entonces, conEn esta investigación, podemos decir cuantitativamente cuán bueno es el cálculo. Creo que es un paso realmente importante ".
Para hacer la comparación, los investigadores midieron ambos núcleos en experimentos de alta precisión en la Instalación de Acelerador de Haz Electrónico Continuo CEBAF, una Instalación de Usuario del DOE con sede en Jefferson Lab.
Los electrones de CEBAF estaban dirigidos a los núcleos de tritio y helio-3, donde algunos interactuaban con los protones del núcleo. Los protones golpeados y los electrones interactuantes fueron capturados y medidos en grandes detectores llamados espectrómetros en el Experimental Hall A. de Jefferson Lab.
"Utilizamos los espectrómetros para estudiar las propiedades de esas partículas en estado final y mirar hacia atrás al núcleo e intentar comprender lo que estaba sucediendo dentro del núcleo antes de que la reacción tuviera lugar", dice Cruz-Torres.
Este experimento fue desafiante e innovador, ya que se llevó a cabo en un rango más amplio de energías con una precisión sin precedentes. Además, los datos de tritio son los primeros en estudiar estas reacciones.
Luego, los investigadores compararon el rango completo de datos de los experimentos con los cálculos teóricos sobre las estructuras de los núcleos de helio-3 y tritio. Descubrieron que los datos generalmente coincidían bien con la teoría de ambos núcleos con la precisión permitida por el experimento, unhazaña que fue descrita por un investigador como un triunfo de la física nuclear moderna. Sin embargo, también se observaron diferencias con respecto a algunos de los cálculos, lo que indica que se requieren mejoras adicionales en los tratamientos teóricos.
"Esperábamos que los cálculos de helio-3 al final coincidieran fácilmente con los datos, pero en realidad resultó que la sección transversal del tritio se ajustaba muy bien al cálculo de la teoría, y el helio-3 no tanto en todo el rango.Entonces, tenemos que regresar y mirar el helio-3 ", explica Hauenstein.
Dien confirma que este resultado inesperado es ahora el impulso para continuar estos estudios de alta precisión de núcleos de luz en serio.
"Antes, pensábamos que teníamos una muy buena comprensión de los cálculos", dice Nguyen. "Pero ahora, el resultado es lo que nos impulsa a hacer una medición aún más detallada, porque queremos asegurarnos de que tenemos unbuen acuerdo con la teoría "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Thomas Jefferson National Accelerator Facility . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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