Un descubrimiento realizado por un equipo de investigadores dirigido por los físicos nucleares de UMass Lowell podría cambiar la forma en que los científicos entienden los átomos y ayudar a explicar fenómenos extremos en el espacio exterior.
El avance de los investigadores reveló que una simetría que existe dentro del núcleo del átomo no es tan fundamental como los científicos creen. El descubrimiento arroja luz sobre las fuerzas que actúan dentro del núcleo de los átomos, abriendo la puerta a una mayor comprensióndel universo. Los hallazgos se publicaron hoy en Naturaleza , una de las principales revistas científicas del mundo.
El descubrimiento se realizó cuando el equipo liderado por UMass Lowell estaba trabajando para determinar cómo se crean los núcleos atómicos en los estallidos de rayos X, explosiones que ocurren en la superficie de las estrellas de neutrones, que son los restos de estrellas masivas al final desus vidas.
"Estamos estudiando lo que sucede dentro de los núcleos de estos átomos para comprender mejor estos fenómenos cósmicos y, en última instancia, para responder una de las preguntas más importantes de la ciencia: cómo se crean los elementos químicos en el universo", dijo Andrew Rogers,UMass Lowell, profesor asistente de física, que dirige el equipo de investigación.
La investigación está respaldada por una subvención de $ 1.2 millones del Departamento de Energía de EE. UU. Para UMass Lowell y se realizó en el Laboratorio Nacional de Ciclotrón Superconductor NSCL en la Universidad Estatal de Michigan. En el laboratorio, los científicos crean núcleos atómicos exóticos para medir sus propiedadespara entender su papel como los componentes básicos de la materia, el cosmos y la vida misma.
Los átomos son algunas de las unidades más pequeñas de materia. Cada átomo incluye electrones que orbitan alrededor de un núcleo diminuto dentro de su núcleo, que contiene casi toda su masa y energía. Los núcleos atómicos están compuestos de dos partículas casi idénticas: protones cargados y neutrones no cargadosEl número de protones en un núcleo determina a qué elemento pertenece el átomo en la tabla periódica y, por lo tanto, su química. Los isótopos de un elemento tienen el mismo número de protones pero un número diferente de neutrones.
En el NSCL, los núcleos se aceleraron a cerca de la velocidad de la luz y se rompieron en fragmentos creando estroncio-73, un isótopo raro que no se encuentra naturalmente en la Tierra pero que puede existir por cortos períodos de tiempo durante rayos X termonucleares violentosestalla en la superficie de las estrellas de neutrones. Este isótopo de estroncio contiene 38 protones y 35 neutrones y solo vive por una fracción de segundo.
Trabajando durante todo el día durante ocho días, el equipo creó más de 400 núcleos de estroncio-73 y los comparó con las propiedades conocidas del bromo-73, un isótopo que contiene 35 protones y 38 neutrones. Con un número intercambiado de protones y neutrones,los núcleos de bromo 73 se consideran "socios espejo" de los núcleos de estroncio 73. La simetría espejo en los núcleos existe debido a las similitudes entre protones y neutrones y subyace a la comprensión de los científicos de la física nuclear.
Aproximadamente cada media hora, los investigadores crearon un núcleo de estroncio-73, lo transportaron a través del separador de isótopos del NSCL y luego lo detuvieron en el centro de un complejo conjunto de detectores donde pudieron observar su comportamiento. Al estudiar elLa descomposición radiactiva de estos núcleos, los científicos descubrieron que el estroncio-73 se comportó de manera completamente diferente al bromo-73. El descubrimiento plantea nuevas preguntas sobre las fuerzas nucleares, según Rogers.
"El estroncio-73 y el bromo-73 deberían tener una estructura idéntica, pero sorprendentemente no lo encontramos. Descubrimos que las simetrías que existen en la naturaleza son una herramienta muy poderosa para los físicos. Cuando las simetrías se rompen, eso nos dice que algo está mal en nuestrocomprensión, y tenemos que echar un vistazo más de cerca ", dijo Rogers.
Lo que vieron los científicos desafiará la teoría nuclear, según Daniel Hoff, investigador asociado de UMass Lowell que fue el autor principal del artículo publicado en Naturaleza .
"Comparar los núcleos de estroncio-73 y bromo-73 fue como mirarse en un espejo y no reconocerse a sí mismo. Una vez que nos convencimos de que lo que estábamos viendo era real, estábamos muy emocionados", dijo Hoff.
Junto con Rogers, un residente de Somerville y Hoff de Medford, el equipo de UMass Lowell incluyó a miembros de la facultad del Departamento de Física, el profesor asistente Peter Bender, el profesor emérito CJ Lister y el ex asociado de investigación de la Universidad de Massachusetts Low Morris, Chris Morse. Estudiantes graduados en física Emery Doucet deMason, NH y Sanjanee Waniganeththi de Lowell también contribuyeron al proyecto.
Como parte del estudio del equipo, Simin Wang, investigador asociado en el estado de Michigan, llevó a cabo cálculos teóricos de vanguardia y fue dirigido por Witold Nazarewicz, profesor distinguido de física John A. Hannah de MSU y científico jefeen la Instalación para rayos isotópicos raros FRIB, que se abrirá el próximo año.
El trabajo de los investigadores "ofrece ideas únicas sobre la estructura de los isótopos raros", dijo Nazarewicz. "Pero aún queda mucho por hacer. Nuevas instalaciones que se pongan en línea, como FRIB en MSU, proporcionarán pistas faltantes para una comprensión más profunda deel rompecabezas de la simetría del espejo. Me alegra que los rayos exóticos entregados por nuestras instalaciones, la instrumentación única y los cálculos teóricos puedan contribuir a este magnífico trabajo ".
Los planes para más experimentos ya están en marcha, ya que los investigadores buscan refinar y confirmar sus observaciones y estudiar más a fondo estos isótopos.
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Materiales proporcionado por Universidad de Massachusetts Lowell . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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