{"id":11893,"date":"2022-07-29T11:26:18","date_gmt":"2022-07-29T09:26:18","guid":{"rendered":"https:\/\/igfae.usc.es\/igfaedb\/?p=11893"},"modified":"2022-07-29T11:26:38","modified_gmt":"2022-07-29T09:26:38","slug":"desvelando-el-caracter-de-sistema-cuantico-abierto-del-nucleo-atomico","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/igfae.usc.es\/igfaedb\/desvelando-el-caracter-de-sistema-cuantico-abierto-del-nucleo-atomico\/","title":{"rendered":"Desvelando el car\u00e1cter de sistema cu\u00e1ntico abierto del n\u00facleo at\u00f3mico"},"content":{"rendered":"

\u00a0Un equipo del Instituto Galego de F\u00edsica de Altas Enerx\u00edas (IGFAE) participa en la primera evidencia directa de un tipo de desintegraci\u00f3n de n\u00facleos at\u00f3micos ex\u00f3tica que desaf\u00eda las leyes de la f\u00edsica. Los resultados del experimento, publicados en Physical Review Letters<\/em>, contribuyen a la comprensi\u00f3n de los sistemas cu\u00e1nticos abiertos a trav\u00e9s de la estructura ligada y no ligada del n\u00facleo<\/strong><\/p>\n

Los n\u00facleos radioactivos o ex\u00f3ticos son inestables y se caracterizan por tener un n\u00famero dispar de protones y neutrones. Estos n\u00facleos buscan la estabilidad deshaci\u00e9ndose del exceso de los protones y neutrones \u2012nucleones\u2012 a trav\u00e9s del modo de desintegraci\u00f3n predominante, la desintegraci\u00f3n beta. Dicho de otro modo, un n\u00facleo rico en neutrones se desintegrar\u00e1 emitiendo los neutrones en exceso, adem\u00e1s de un electr\u00f3n y un antineutrino. \u00a0Sin embargo, es mucho m\u00e1s infrecuente la emisi\u00f3n de un prot\u00f3n en la desintegraci\u00f3n de un n\u00facleo rico en neutrones, dado que desaf\u00eda las leyes energ\u00e9ticas que mantienen al n\u00facleo ligado. Pero existen ciertos n\u00facleos donde este tipo de desintegraci\u00f3n ex\u00f3tica es posible. Estos son los llamados n\u00facleos halo<\/strong> donde uno o dos neutrones orbitan alrededor del resto compacto de nucleones.<\/p>\n

De entre los n\u00facleos halo existentes, el mejor candidato por sus propiedades es el berilio-11 <\/strong>(11Be), un is\u00f3topo inestable del berilio con 4 protones y 7 neutrones. La desintegraci\u00f3n m\u00e1s com\u00fan del berilio-11 es el boro-11 (11B) con 5 protones y 6 neutrones, que a su vez se desintegra en litio-7 y helio-4 (7Li+4He). En el caso de la posible emisi\u00f3n de protones, el berilio-11 podr\u00eda convertirse en berilio-10 y un prot\u00f3n. Este proceso se conoce como emisi\u00f3n retardada de protones y fue observado directamente en berilio-11 en 2019, no sin recibir diversas cr\u00edticas de su existencia debido a la complejidad del experimento. Como respuesta, el investigador del IGFAE Yassid Ayyad y colegas estadounidenses y suizos idearon en 2021 el experimento inverso: disparar un haz de berilio-10 contra un blanco de protones para acceder al boro-11, un estado excitado del berilio-11. Y funcion\u00f3. Los resultados se han publicado en Physical Review Letters<\/em><\/a>. <\/em>Adem\u00e1s, existen ciertas teor\u00edas donde se especula que en este proceso se podr\u00eda observar la emisi\u00f3n de una part\u00edcula de materia oscura.<\/p>\n

Cr\u00edticas a las primeras evidencias<\/strong><\/p>\n

La emisi\u00f3n retardada de protones en berilio-11 ya la observaron directamente en 2019 en un experimento donde midieron los protones emitidos a muy baja energ\u00eda en el laboratorio TRIUMF (Vancouver, Canad\u00e1) [1<\/a>]. \u00a0Emplearon una c\u00e1mara de proyecci\u00f3n temporal (TPC, un detector gaseoso parecido a las pioneras c\u00e1maras de niebla), con el que es posible observar las trazas de las part\u00edculas emitidas por el berilio-11. Los resultados obtenidos fueron bastante sorprendentes: el 0.00001% de las veces, el berilio-11 se desintegra escupiendo un prot\u00f3n. \u201cAunque pueda parecer una cantidad peque\u00f1a, es \u00f3rdenes de magnitud mayor que las predicciones te\u00f3ricas y solo 1.000 veces menor que la desintegraci\u00f3n m\u00e1s com\u00fan en 7Li+4He\u201d, explica el investigador del IGFAE Yassid Ayyad, quien propuso el experimento inicialmente. El motivo por el cual esta probabilidad es tan grande no est\u00e1 resuelto a\u00fan y tiene mucho que ver con la peculiar estructura del boro-11. En este n\u00facleo predomina la clusterizaci\u00f3n \u03b1, o lo que es lo mismo, siempre que pueda, formar\u00e1 una part\u00edcula de 4He dentro del n\u00facleo. \u00a0Esto se traduce en que es m\u00e1s f\u00e1cil desde un punto de vista energ\u00e9tico arrancarle una part\u00edcula \u03b1 que un prot\u00f3n. Teniendo esto en cuenta, la emisi\u00f3n de protones se producir\u00e1 a trav\u00e9s de un estado excitado del boro-11 muy cercano del umbral energ\u00e9tico de emisi\u00f3n de protones, dejando como residuo un n\u00facleo de berilio-10. Este estado excitado no est\u00e1 ligado y lo que realmente se forma es un sistema nuclear de berilio-10 m\u00e1s un prot\u00f3n con unas propiedades bien definidas que el experimento consigui\u00f3 medir.<\/p>\n

Segundo intento: la confirmaci\u00f3n definitiva<\/strong><\/p>\n

Dada la complejidad del experimento y los resultados asombrosos que se obtuvieron, no tardaron en aparecer diversas cr\u00edticas que pon\u00edan en duda la existencia de tal sistema nuclear, tanto desde el punto de vista experimental como del te\u00f3rico. \u00a0Como respuesta a estas cr\u00edticas, se realiz\u00f3 un experimento utilizando la reacci\u00f3n inversa: si tal sistema existe, deber\u00eda formarse en la reacci\u00f3n el\u00e1stica 10Be+p. Este experimento se realiz\u00f3 en 2021 en la Facility For Rare Isotope Beams<\/em> (FRIB) de la Michigan State University (MSU) en Estados Unidos. Para ello se us\u00f3 un haz de berilio-10 a muy baja energ\u00eda contra un blanco de protones. Los resultados obtenidos no solo confirman su existencia y propiedades, sino tambi\u00e9n su alta probabilidad de emitir un prot\u00f3n. Su forma es muy caracter\u00edstica y es prueba de las propiedades de este tipo de sistemas donde el estado el n\u00facleo est\u00e1 en una zona de transici\u00f3n entre ligado y no ligado. En otras palabras, puede tratarse como un sistema cu\u00e1ntico abierto<\/strong> donde las propiedades de los estados ligados y no ligados est\u00e1n sujetas a su mutua interacci\u00f3n. En este contexto, el n\u00facleo representa el sistema cu\u00e1ntico que interacciona con el sistema de estados no ligados, tambi\u00e9n llamado continuo. Adem\u00e1s, tambi\u00e9n se infiri\u00f3 un aspecto importante: la emisi\u00f3n de litio-7+helio-4 tambi\u00e9n es posible. \u201cLamentablemente, no observamos directamente este proceso, pero en los pr\u00f3ximos meses realizaremos un experimento dedicado a determinar las propiedades de este canal. Pese al intensivo esfuerzo experimental realizado la teor\u00eda que intenta casar reacci\u00f3n y estructura nuclear sigue sin poder explicar satisfactoriamente la existencia de la resonancia y sus propiedades\u201d, concluye Yassid.<\/p>\n

Referencias:<\/p>\n

[1] Y. Ayyad, B. Olaizola, W. Mittig, G. Potel, V. Zelevinsky, M. Horoi, S. Beceiro-Novo, M. Alcorta, Andreoiu, T. Ahn, M. Anholm, L. Atar, A. Babu, D. Bazin, N. Bernier, S. S. Bhattacharjee, Bowry, R. Caballero-Folch, M. Cortesi, C. Dalitz, E. Dunling, A. B. Garnsworthy, M. Holl, Kootte, K. G. Leach, J. S. Randhawa, Y. Saito, C. Santamaria, P. S\u02c7iuryte\u02d9, C. E. Svensson, Umashankar, N. Watwood, and D. Yates. Direct observation of proton emission in 11Be. Phys. Rev. Lett., 123:082501, Aug 2019.<\/p>\n

Art\u00edculo:<\/p>\n

Evidence of a near-threshold resonance in 11B relevant to the <\/em>\u03b2<\/em>-delayed proton emission of 11Be. <\/em>Y. Ayyad\u00a0et al. Phys. Rev. Lett.\u00a0129<\/strong>, 012501. DOI: https:\/\/doi.org\/10.1103\/PhysRevLett.129.012501<\/a><\/p>\n

Imagen principal: el investigador del IGFAE Yassid Ayyad, autor de la propuesta del experimento y gran parte del an\u00e1lisis de los datos. Cr\u00e9dito: Elena Mora (IGFAE).<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Imagen: en el experimento del equipo publicado en 2019, el berilio-11 se desintegra a trav\u00e9s de la desintegraci\u00f3n beta a un estado excitado de boro-11, que a su vez se desintegra en berilio-10 y un prot\u00f3n. En el nuevo experimento, el equipo accede al estado de boro-11 agregando un prot\u00f3n al berilio-10, es decir, ejecutando la reacci\u00f3n invertida en el tiempo. Cr\u00e9dito: Michigan State University.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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