Para los surfistas, no es suficiente esperar la ola correcta: todavía tienen que saber cómo atraparla. Resulta que un desafío que enfrentan los surfistas también se aplica a los protones. Un experimento realizado recientemente por físicos de Polonia,Italia y Francia proporcionaron nueva información sobre el surf llevado al extremo absoluto: los protones sincronizan su movimiento con las vibraciones de los núcleos atómicos.
Podemos decir muchas cosas sobre los núcleos atómicos que son más o menos ciertos, pero sabemos esto con certeza: nada sobre su naturaleza es aburrido, a pesar de cómo nos enseñaron al respecto en la escuela secundaria. Como prueba de esto,pueden ver un experimento reciente que estudió cómo los protones en los núcleos atómicos pueden, a su manera, participar en un deporte popular. Un equipo de investigadores de la Universita 'degli Studi di Milano UniMi italiana y el Instituto de Física Nuclear, Academia Polaca de Ciencias IFJ PAN en Cracovia, junto con una amplia cooperación internacional, midió, por primera vez, el tiempo necesario para que un solo protón en un núcleo se sincronice con las oscilaciones del núcleo. El logro puede ilustrarse con unanalogía: algunos protones pueden 'surfear' sobre un núcleo, y finalmente sabemos cuánto tiempo tienen que esperar para atrapar la ola.
Los núcleos atómicos contienen desde un protón hasta más de 200 protones y neutrones y, como los átomos, pueden absorber y emitir ciertas cantidades de energía. En los átomos, estos procesos van acompañados de las transiciones de electrones entre orbitales, que se encuentran más o más cercaal núcleo y agrupamiento en las capas de electrones. Al igual que los electrones alrededor del núcleo, los protones y neutrones de un mismo núcleo están en constante movimiento. Aunque no giran alrededor del punto resaltado, resulta que podemos hablar de la existencia enlos núcleos de ciertas capas con energías bien definidas. En general, el espacio en estas capas puede estar ocupado tanto por protones como por neutrones. Algunas capas, sin embargo, están reservadas para protones y otras solo para neutrones.
Para saltar a una capa adyacente a veces puede ser necesario absorber o emitir una gran cantidad de energía esto ocurre particularmente cuando las capas están llenas. Si la energía disponible es menor, el núcleo aún puede cambiar su estado energético, pero de una manera másde manera sofisticada: comienza a vibrar. Se sabe que en tal situación el protón o neutrón puede acoplarse con la oscilación del núcleo. A primera vista, el fenómeno parece muy abstracto. Mientras tanto, un mecanismo similar juega un papel importante en un popular, deporte icónico. Es decir, como ya mencionamos, el surf.
"Los surfistas pueden esperar mucho tiempo por la ola correcta. Pero cuando llega, ¡no siempre significa que un buen momento está garantizado! Si el surfista simplemente la mira boquiabierto, pasará y simplemente apareceráen la superficie como un corcho. La verdadera diversión solo llega si puede cronometrar su salto a la ola. Un buen surf depende de una armonización precisa entre el surfista y la ola. De manera similar, en condiciones adecuadas, los protones 'saltan' en las oscilaciones de la superficiedel núcleo atómico y viajar con ellos. Y creo que son surfistas más naturales que las personas: después de todo, lo hacen en condiciones extremas y no necesitan una tabla ... ”, explica el profesor Bogdan Fornal IFJ PAN.
El acoplamiento del protón con la vibración del núcleo es difícil de estudiar porque debe haber un sistema en el que un solo protón esté fuera de una capa que esté completamente llena de numerosos protones y neutrones. Para observar a los 'navegantes de protones', el italiano-El equipo polaco realizó un experimento en el laboratorio del Institut Laue-Langevin en Grenoble, en el que se irradiaron con neutrones grumos milimétricos de uranio 235U y plutonio 241Pu.disminuyó considerablemente. Cuando un neutrón se unió al núcleo del objetivo, el sistema se volvió inestable y se desintegró de diferentes maneras. Entre los productos de desintegración se encontraban núcleos excitados de antimonio 133Sb.
"El núcleo del antimonio 133Sb es básicamente el núcleo del estaño 132Sn con un protón extra. El estaño 132Sn es especial: contiene 50 protones y 82 neutrones, exactamente lo suficiente para llenar completamente las capas de neutrones y protones. En este núcleo, ¿quélo llamamos un núcleo doblemente mágico: un salto de capa a capa requiere la emisión o absorción de grandes cantidades de energía. El antimonio 133Sb fue muy interesante para nosotros, porque nos da un protón débilmente unido y un núcleo compacto que es propenso a caer envibraciones, y ese es un sistema ideal para probar el acoplamiento ", explica el Prof. Fornal.
Los núcleos de antimonio 133Sb se deshacen del exceso de energía emitiendo gamma quanta de varias energías específicas. En el experimento se registró la radiación y se compararon los resultados con las predicciones teóricas. De esta manera se estableció a través de qué estados de energía senúcleo de 133Sb volvió al estado fundamental. Los científicos encontraron que la ruta de desintegración consta de dos partes: una con un protón desacoplado y la otra con un protón acoplado con las oscilaciones del núcleo. Los datos recopilados muestran que cuando se trata de acoplamiento, el núcleo pierde energía rápidamente y se retiene el mismo acoplamiento para todos los pasos posteriores en la escalera de la energía.
"Primero medimos el tiempo requerido para que el protón se acople a las oscilaciones del núcleo. Como resultado, sabemos que cuando el protón salta sobre la ola, se comporta como un surfista campeón: permanece encendido hasta que la ola choca, esoes decir, hasta que el núcleo alcanza el estado fundamental. Lo que le da al protón la mayor dificultad son las transiciones entre los estados desacoplado y acoplado, es decir, subirse a la onda ", dice el profesor Fornal.
Curiosamente, varios protones pueden unirse y acoplarse a la oscilación de las capas. Luego forman una especie de grupo, uno que actúa de una manera muy intrincada, comprometiéndose no solo con las ondas sino también entre ellos.
Los resultados del experimento en el lado polaco financiado por subvenciones del Centro Nacional de Ciencias son importantes en el contexto de una mayor investigación sobre núcleos ricos en neutrones. La ciencia ahora conoce 258 núcleos estables y aproximadamente 3000 inestables, aproximadamentetantos como todos los exoplanetas conocidos. Se predice que el número total de núcleos atómicos es de 7 a 9 mil. Por lo tanto, al menos el doble de los núcleos que hemos llegado a conocer a lo largo de toda la historia de la física nuclear aún están esperando ser descubiertos yUn modelo único y consistente del núcleo atómico sería extremadamente útil en esa búsqueda, pero las interacciones en los núcleos atómicos son tan complicadas que incluso después de décadas de esfuerzos concertados en curso, ese modelo aún no se ha creado.
Es muy fácil para un maestro de escuela describir, por ejemplo, la interacción electrostática entre dos cuerpos con cargas eléctricas, porque solo hay dos cargas, y la fuerza entre ellas depende solo de su distancia mutua. Los protones y neutrones en el núcleo están ligadospor interacción fuerte, pero la interacción fuerte depende no solo de la distancia entre cada par de partículas nucleares que interactúan, sino también de la orientación mutua en constante cambio de sus espines momento angular. Además, los núcleos son elementos pesados que incorporan no solo dos partículas sinoun número significativo de protones y neutrones, todos interactuando entre sí y moviéndose cada uno en un campo producido por los demás. Todo el sistema es tan complicado que hasta ahora solo se han construido modelos aproximados, cada uno de los cuales describe solo algunos aspectos de la realidad nuclearrazonablemente bien. En esta situación, cualquier medida experimental cualitativamente nueva es extremadamente importante.
"Nuestro experimento conjunto en el ILL ha proporcionado a mi grupo datos que han permitido construir un nuevo modelo para describir mejor el acoplamiento de los protones con el núcleo oscilante. Por primera vez, podemos, por ejemplo, calcularen este caso las probabilidades en las que los núcleos excitados desexcitan estados energéticos individuales. Como resultado, podemos predecir mejor las propiedades de los núcleos con mayor exceso de neutrones, incluidos los que están esperando ser descubiertos ”, concluye la profesora Silvia.Leoni UniMi.
El modelo, construido y diseñado en base a la experiencia de físicos de UniMi y IFJ PAN, es un paso significativo hacia entre otros asuntos una mejor comprensión de los mecanismos responsables de la formación de elementos más pesados que el hierro en el Universo es decir,, elementos formados en el proceso iniciado por la captura rápida de neutrones emitidos en grandes cantidades durante las explosiones de supernovas. Otra área potencial de aplicación del modelo es la energía nuclear. Su uso aquí podría ayudar a predecir mejor cómo se forman los núcleos por las reacciones enlos reactores se descomponen y, por lo tanto, contribuyen a garantizar aún más su seguridad.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Física Nuclear Academia Polaca de Ciencias IFJ PAN . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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