Los físicos han descubierto un tipo de molécula dentro del núcleo de un átomo

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Editorial Sitio Web de Innovación Tecnológica – 12/04/2023

¿La molécula dentro del núcleo?

Los físicos han descubierto una estructura similar a una molécula dentro del núcleo atómico del elemento berilio, el núcleo en el estado energético terrestre.

El núcleo atómico está formado por protones y neutrones, lo que los físicos denominan sistema cuántico de muchos cuerpos. Son increíblemente pequeños, sólo una diezmilésima parte del tamaño de un átomo, pero comprenden más del 99,9% de la masa total del átomo. El modelo más comúnmente descrito, llamado modelo de capa, describe los núcleos atómicos como burbujas esféricas sin una estructura interna significativa. Pero este modelo está lejos de la realidad.

De hecho, las interacciones entre nucleones crean muchas estructuras interesantes, desde posibles capas de núcleos esféricos hasta núcleos distorsionados e incluso halos de neutrones con densidades superficiales dispersas. La aparición de estructuras más complejas dentro de estas formaciones, estructuras conocidas como cúmulos, es un fenómeno que ha sido ampliamente investigado, pero que sigue siendo poco comprendido porque se encuentra en los límites (y a menudo más allá) de lo que nuestros equipos pueden visualizar y medir.

Las discusiones sobre la posibilidad de la existencia de estructuras de cúmulos dentro del núcleo atómico se remontan a 1938, cuando los físicos teóricos, al analizar las energías de enlace de los núcleos conjugados alfa, sugirieron la posibilidad de la existencia de estructuras de cúmulos similares a las partículas alfa en la Tierra. estados de núcleos como berilio-8, carbono-12 y oxígeno-16.

Sin embargo, debido a la popularidad de la descripción de partícula única adoptada por los físicos, esta hipótesis teórica seguía siendo incierta. Esta descripción más ampliamente aceptada por los físicos se conoce como «modelo de capa», un modelo atómico que describe los electrones de un átomo como si estuvieran distribuidos en capas o capas alrededor del núcleo; cada capa se identifica mediante un número cuántico principal, que indica su distancia al núcleo.

Presentación esquemática de la reacción de derribo tipo racimo.
[Imagem: P. J. Li et al. – 10.1103/PhysRevLett.131.212501]

Cierto

Ahora, utilizando un nuevo método experimental que implica una reacción de derribo cinético reversible, Pengjie Li y sus colegas de China y Japón han demostrado por primera vez la existencia de una estructura de tipo molecular en el estado fundamental del berilio-10, un núcleo rico en neutrones. . . .

El experimento se realizó en la Fábrica de Haz de Radioisótopos (RIBF) en el Centro RIKEN en Japón. En el experimento, un haz secundario de berilio-10, que se movía a la mitad de la velocidad de la luz, bombardeó un objetivo de hidrógeno sólido de 2 mm de espesor. Los grupos α unidos al núcleo de berilio-10 fueron expulsados ​​por los protones (casi sin transferencia de impulso al núcleo restante), preservando así la información sobre la estructura del cúmulo en el estado fundamental del berilio-10.

Los resultados experimentales muestran una notable concordancia entre las secciones transversales experimentales de reacciones de eliminación y las predicciones teóricas bajo modelos microscópicos. Esto confirma una hipótesis de casi siglos de antigüedad sobre la estructura molecular del estado fundamental del berilio-10, que sugiere la formación de un núcleo α en forma de mancuerna, con dos neutrones de valencia que giran perpendicularmente al eje del núcleo. Una «molécula molecular original» dentro del núcleo atómico.

«Se pueden encontrar estructuras similares a nivel atómico, pero son excepcionalmente raras en el estado fundamental de los núcleos atómicos», dijo Lee.

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