‘Nature’ publica un traballo pioneiro sobre fisión nuclear no que participa o IGFAE

A revista Nature, unha das referencias da ciencia mundial, publica esta semana un artigo no que se describe unha nova illa de fisión nuclear asimétrica nun cento de sistemas exóticos (non estables). No traballo participan varios membros do Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE), centro de investigación mixto da USC e a Xunta de Galicia. O experimento levouse a cabo no acelerador GSI-FAIR, en Darmstadt (Alemaña), onde o persoal do IGFAE participa desde fai máis de dúas décadas. Tamén asinan o artigo investigadores das universidades de Vigo e A Coruña, completando a participación galega nesta investigación.

“Na fisión, os núcleos atómicos pesados rompen en dúas partes, xerando dous núcleos novos e máis lixeiros, e emitindo unha gran cantidade de enerxía. Aínda que levamos observando estes procesos máis de 100 anos, os mecanismos que rexen a fisión son moi complexos, reflectindo en parte a estrutura microscópica dos núcleos”, explica Héctor Álvarez Pol, investigador do IGFAE, profesor da USC e un dos autores do artigo.

Neste punto, “a caracterización da fisión é clave para entender as propiedades do núcleo atómico, pero tamén para coñecer procesos de interese astrofísico que describen a abundancia dos elementos no universo”, engade o investigador. Entre outras aplicacións, coñecer este proceso pode contribuír a mellorar a produción de enerxía, o que afecta, por exemplo, á seguridade nas centrais nucleares.

Illa de fisión asimétrica

Os fragmentos que resultan dunha fisión (isto é, os novos núcleos que se producen cando rompe un núcleo pesado) poden ter cargas semellantes (fisión simétrica) ou diferentes, cando un fragmento leva unha parte maior do núcleo que se rompe (fisión asimétrica). Se representamos os resultados da fisión nun mapa de nucleidos (unha ‘táboa periódica ampliada’, que representa todos os isótopos dos elementos) atopamos amplas rexións onde a fisión é simétrica, con illas ou zonas onde a fisión resulta asimétrica. Agora, este traballo permite delimitar parte dunha illa de asimetría nunha rexión por debaixo do chumbo, que non fora explorada en detalle previamente.

Nos últimos anos, logo da observación de fisións asimétricas inesperadas en núcleos exóticos deficientes en neutróns, desenvolvéronse novas investigacións teóricas e experimentais para afondar nelas. Neste marco, o experimento, realizado dentro da colaboración R3B-SOFIA de GSI-FAIR, pretendía determinar a distribución da carga dos fragmentos de fisión para unha ampla colección de núcleos exóticos que se producen e estudan neste acelerador.

E os resultados ofrecen a primeira cartografía completa desta nova illa de fisión asimétrica de núcleos con menor número atómico que o chumbo. Recóllense as medidas de distribución de carga dos fragmentos de fisión, dominando aspectos estruturais do núcleo que rompe, e que son produto de 100 sistemas de fisión exóticos, dos que 75 se miden por primeira vez.

Diagrama de identificación de partículas dos feixes radiactivos producidos no experimento. Fonte: Nature.

Un dos achados máis destacados é o papel que desempeña a chamada capa de protóns deformada Z=36 no fragmento máis lixeiro da fisión. Esta estrutura nuclear contribúe a explicar a maior probabilidade de xeración de certos produtos na rotura do núcleo, sinalando a influencia das propiedades estruturais na dinámica da fisión.

Alén disto, o traballo contribúe a determinar as características dos fragmentos de fisión e predicir a evolución entre a rotura asimétrica dos actínidos, a rotura simétrica que goberna o proceso de fragmentación para os núcleos máis lixeiros e novos modos de rotura asimétrica para núcleos exóticos lixeiros ricos en protóns. Estes resultados complementaranse con novos mecanismos de reacción para inducir a fisión, como as reaccións de arranque dun nucleón, investigadas no IGFAE e que deron lugar a dúas teses de doutoramento. A partir da cinemática dos nucleóns emitidos, estas reaccións permiten reconstruír a enerxía de excitación do sistema implicado na fisión e estudar, por exemplo, a evolución das capas de protóns e neutróns en función da enerxía.

De cara a futuras investigacións, este conxunto de datos será esencial para restrinxir modelos de fisión fiables e preditivos utilizados para estimar as propiedades de fisión de núcleos con relacións neutrón-protón extremas, nos que non se dispón de datos experimentais.

Ademais de Héctor Álvarez Pol, no artigo participan persoal que desenvolveu este experimento como parte do IGFAE: José Luis Rodríguez Sánchez (actualmente no centro de investigación CITENI da Universidade da Coruña), Antía Graña González (actualmente no Commissariat à Energie Atomique CEA, París), Gabriel García Jiménez (actualmente na Universidade de Berkeley, EUA), e Manuel Feijoo Rodríguez (actualmente profesor no IES do Castro, Vigo).

Ligazón ao artigo: An asymmetric fission island driven by shell effects in light fragments. Nature (2025).