Un experimento liderado polo IGFAE atopa novas evidencias sobre os cambios no núcleo atómico cando se engaden neutróns

A física nuclear leva décadas intentando comprender como se organizan protóns e neutróns dentro do núcleo atómico. Mellorar este coñecemento resulta esencial para entender a orixe e a estabilidade da materia, e facer máis precisos os modelos que describen fenómenos como a formación dos elementos químicos nas estrelas, ou o comportamento de núcleos moi raros e exóticos que non existen de forma natural na Terra.

Nesta liña, un traballo publicado na revista Physical Review Letters, e liderado por persoal do IGFAE acaba de achegar máis luz sobre os niveis de enerxía dos núcleos lixeiros. A investigación está liderada por Juan Lois Fuentes (egresado do IGFAE) e Beatriz Fernández Domínguez, investigadora do IGFAE, e desenvolveuse no experimento ACTAR – TPC do acelerador GANIL, situado en CAEN (Francia), onde o persoal do Instituto está involucrado desde hai máis de dous decenios.

Coñecendo mellor o modelo de capas

O traballo céntrase no coñecido como “modelo de capas” dos núcleos atómicos: aínda que os núcleos adoitan representarse de maneira compacta, están compostos por protóns e neutróns (e quarks dentro de cada un deles), que ocupan diferentes niveis de enerxía. Cando estes niveis se enchen, xorden configuracións especialmente estables; coñecidas como ‘números máxicos’. Desde hai décadas, as investigacións en física nuclear indagan por que aparecen estes números máxicos, e como cambian cando se estudan núcleos ricos en neutróns.

Cando un núcleo contén 6 ou máis protóns, ábrese un oco entre os niveis de enerxía do 6º e o 7º protón. Algunhas medidas indirectas levaron a pensar que este oco persiste cando se incrementa o número de neutróns o que converterían ao número atómico (Z)=6 nun número máxico, pechando a estrutura desta capa, do mesmo xeito que acontece nas configuracións estables de electróns dos gases nobres.

No experimento liderado por Juan Lois Fuentes e Beatriz Fernández Domínguez, dirixiuse un feixe de osíxeno-20 cara a un albo gasoso de deuterio molecular, e illáronse as colisións que eliminaron un protón para crear nitróxeno-19. A partir das enerxías e poboacións de oito orbitais de protóns, deduciuse que a anchura do oco Z=6 era de 5,3 MeV, aproximadamente 1,8 MeV menos que no osíxeno-16 (con catro neutróns menos). Por tanto, este oco non é constante, senón que se reduce a medida que aumenta o número de neutróns.

Ademais, o mesmo traballo observou que esta redución se debe sobre todo (nun 95%) á interacción tensorial, un compoñente da forza nuclear que depende da orientación relativa dos seus espíns e posicións. Este comportamento xa estaba predito nalgúns modelos teóricos, pero faltaban datos experimentais directos que o confirmasen.

Segundo destaca Beatriz Fernández, “son os primeiros resultados co detector ACTAR TPC en reaccións directas de transferencia para estudar o espín-órbita dos núcleos exóticos”. Este detector está deseñado para estudar núcleos moi exóticos producidos en feixes radioactivos. Trátase de núcleos que se xeran en cantidades extremadamente pequenas, pero que son moi interesantes para coñecer mellor a estrutura do núcleo. É tamén un reto complexo a nivel técnico, xa que realizar medición precisas nestas cantidades ínfimas resulta moi difícil. As prestacións de ACTAR TPC, que permite aumentar a luminosidade das análises sen perder resolución, foron cruciais para obter estes resultados.

Ademais de Juan Lois e Beatriz Fernández, tamén participan por parte do IGFAE os investigadores Manuel Caamaño, Cristina Cabo, Daniel Fernández e Daniel Regueira.