Un equipo de investigadores de la Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) de la Universidad Estatal de Michigan (MSU) ha realizado un hallazgo significativo en el campo de la física nuclear al descubrir que los isótopos de cobalto-70 pueden adoptar diferentes formas nucleares incluso cuando sus niveles de energía difieren solo ligeramente. Este estudio, publicado en Nature Communications Physics, aporta una visión más profunda sobre la naturaleza dinámica y compleja de las partículas nucleares exóticas.
El equipo de investigación estuvo integrado por destacados científicos como Artemis Spyrou, profesora de física en FRIB y en el Departamento de Física y Astronomía de MSU, Sean Liddick, profesor asociado de química y responsable del Departamento de Ciencias Nucleares Experimentales en FRIB, Alex Brown, profesor de física en FRIB, y Cade Dembski, quien fue asistente de investigación estudiantil y es ahora candidato a doctorado en la Universidad de Notre Dame. Dembski fue el autor principal del artículo.
El inicio del proyecto se centró inicialmente en la astrofísica, sin embargo, a medida que avanzaron en el análisis de datos, el equipo se enfrentó a patrones inesperados que los llevaron a explorar efectos estructurales nucleares más complejos. «No entendíamos todos los patrones que estábamos observando. Resultó que la razón era debido a algunos efectos estructurales nucleares interesantes que no estábamos esperando», explicó Dembski.
Coexistencia de formas nucleares
El equipo utilizó el Summing NaI Detector (SuN) en el Laboratorio Nacional de Ciclotrón Superconductor, el predecesor de FRIB, para llevar a cabo su estudio. Durante el experimento, se identificaron estados tanto esféricos como deformados del cobalto-70, lo que demuestra la coexistencia de formas nucleares. Este isótopo exótico, de vida corta, se comporta como una transición entre isótopos de cromo con un número atómico similar y los estados fundamentales esféricos de isótopos de níquel ricos en neutrones.
En la física nuclear, los investigadores han centrado tradicionalmente su atención en los núcleos con «números mágicos» de protones o neutrones, que presentan una mayor estabilidad en comparación con sus vecinos atómicos. Estos núcleos, que suelen tener formas esféricas en su estado fundamental, pueden adoptar formas completamente diferentes debido a fluctuaciones energéticas menores. Este fenómeno, conocido como coexistencia de formas, permite a los científicos investigar cómo diferentes formas pueden coexistir dentro del mismo núcleo, lo que mejora la comprensión del comportamiento atómico en sistemas exóticos.
El equipo estudió la cadena de desintegración nuclear del hierro-70 al cobalto-70 y luego al níquel-70, utilizando una técnica denominada espectroscopía de absorción total (TAS). Al bombardear un objetivo estacionario con un haz de alta energía en un acelerador de partículas, se producen varios isótopos, de los cuales seleccionan un subconjunto para su estudio. Estos isótopos se envían a equipos experimentales que permiten a los científicos trazar los rayos gamma producidos durante sus respectivas desintegraciones.
Los investigadores emplearon detectores especializados que capturan la energía de los rayos gamma que emanan del núcleo en descomposición. Sin embargo, el enfoque se centró más en la energía total emitida durante el experimento. «Los detectores de pequeño tamaño son mucho mejores para identificar la energía de estos rayos gamma, pero es difícil determinar exactamente de dónde provienen», comentó Spyrou, líder del proyecto. «Al utilizar TAS, estamos empleando un detector de gran volumen. El objetivo no es identificar la energía de cada rayo gamma, sino sumar toda la energía proveniente de la descomposición.»
Los hallazgos del equipo, que revelan la coexistencia de formas en el cobalto-70 con una de las diferencias de energía más pequeñas documentadas en este fenómeno, no solo representan una prueba sólida para los modelos nucleares en los límites de nuestra comprensión, sino que también motivan a los investigadores a explorar otros isótopos cercanos. Dembski, quien comenzó a trabajar con el grupo de SuN como estudiante de pregrado, se sintió particularmente atraído por estos inesperados descubrimientos. «Este trabajo tuvo un camino indirecto hacia este proyecto puramente estructural nuclear», concluyó.
