1. Científicos descubren una forma de oxígeno nunca antes vista
ByRedacción Cactus24:
José Segovia
El oxígeno-28, un isótopo recientemente descubierto, invierte las teorías establecidas en la física nuclear. Contrariamente a lo esperado, este isótopo rico en neutrones se desintegra rápidamente. Esa observación sugiere que las ideas sobre los núcleos atómicos pueden necesitar ser revisadas, lo que abre el camino a nuevas líneas de investigación.
La física nuclear, la rama de la ciencia que estudia los núcleos atómicos y sus componentes, se vio sacudida por un descubrimiento inesperado. Cuando se trata de isótopos, algunos principios se dan por sentado. El núcleo de un átomo está formado por nucleones, que a su vez están compuestos de protones y neutrones. El oxígeno, por ejemplo, siempre tiene 8 protones, pero el número de neutrones puede variar, dando lugar a diferentes isótopos. Hasta hace poco, el mayor número de neutrones observado en el isótopo de oxígeno era 18, para el oxígeno-26.
Ahora, un equipo dirigido por el físico nuclear Yosuke Kondo, del Instituto de Tecnología de Tokio, encontró dos isótopos de oxígeno que nunca antes habían sido vistos. Se trata del oxígeno-27 y oxígeno-28, con 19 y 20 neutrones respectivamente.
El trabajo se realizó en el centro de RIKEN Nishina, una instalación aceleradora de ciclotrones diseñada para producir isótopos inestables. Para producir nuevos isótopos de oxígeno, el equipo primero dirigió un haz de isótopos de calcio-48 a un objetivo de berilio. La colisión produjo muchos átomos más ligeros, incluido el flúor-29, un isótopo de flúor con 9 protones y 20 neutrones. Este flúor-29 fue aislado y bombardeado por un objetivo de hidrógeno líquido. El objetivo era eliminar un protón del flúor-29, convirtiéndolo en oxígeno-28.
Inesperadamente este isótopo se desintegra en muy poco tiempo, lo que contradice las predicciones basadas en la teoría de los números mágicos. Utilizando técnicas avanzadas de modelado, el equipo de científicos confirmó con un 98% de certeza que oxígeno-28 no es un núcleo acoplado.
Tanto 8 como 20 son números mágicos para protones y neutrones respectivamente, una propiedad que sugiere que el oxígeno-28 debería ser estable. El número total de cada uno depende de cómo cada nucleón agregado afecta la estabilidad de las cuotas de protones y neutrones llamadas capas.
Un número mágico en física nuclear es el número de nucleones que llenarán completamente una capa, con cada nueva distinguida de la anterior por una amplia brecha de energía. Un núcleo atómico con capas de protones y neutrones que contienen números mágicos de cada uno se conoce como doblemente mágico, y se espera que sea especialmente estable.
La mayor parte del oxígeno en la Tierra, incluido el aire que respiramos, es una forma doblemente mágica de oxígeno, oxígeno-16. Durante mucho tiempo se esperaba que el oxígeno-28 fuera el siguiente isótopo de oxígeno doblemente mágico después del oxígeno-16, pero la nueva investigación lo refuta.
Por lo tanto, este descubrimiento arrojó una sombra sobre la fiabilidad del concepto de número mágico. Si un isótopo con un número mágico de protones y neutrones no muestra la estabilidad esperada, ¿significa esto que la teoría en sí es incompleta o necesita ser revisada? Esta pregunta está en el centro del debate actual en la física nuclear, lo que lleva a los investigadores a revisar y profundizar su conocimiento de la estructura nuclear y las fuerzas que la gobiernan.
Una mayor comprensión de la capa de neutrones extrañamente no cerrada tendrá que esperar hasta que los investigadores puedan sondear el núcleo en un estado excitado de mayor energía. Otros métodos de formación de oxígeno-28 también podrían ser reveladores, aunque eso es mucho más difícil de realizar. Por ahora, los fascinantes y difíciles resultados del equipo revelan que los núcleos doblemente mágicos podrían ser mucho más complicados de lo que sabíamos.
Cactus24 01-09-23
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Fuente:
2. Científicos han observado una forma nunca vista de oxígeno
Un vial de oxígeno ultrapuro. (Imágenes de alta resolución de elementos químicos/CC BY 3.0)
El núcleo de oxígeno-28 (28O) es de particular interés ya que, con los números mágicos Z = 8 (protones) y N = 20 (neutrones), se espera que en la imagen del modelo de cáscara estándar de la estructura nuclear sea uno de un número relativamente pequeño de los llamados núcleos "doblemente mágicos".
"El núcleo de oxígeno-28 ha despertado interés desde hace mucho tiempo, ya que, según el modelo estándar de la estructura nuclear, se espera que sea 'doblemente mágico'", explican Yosuke Kondo, físico del Instituto Tecnológico de Tokio, y sus colegas.
"De hecho, está muy bien establecido que para los núcleos estables y casi estables, los números de protones y neutrones 2, 8, 20, 28, 50, 82 y 126 corresponden a cáscaras esféricas cerradas".
"Tales núcleos representan una piedra angular en nuestra comprensión de la estructura del sistema nuclear de muchos cuerpos".
"En particular, como se requiere una energía sustancial para excitarlos debido a los grandes huecos de las cáscaras, pueden considerarse, al modelar núcleos en su región de masa, como un núcleo 'inerte' sin grados de libertad internos".
En su investigación, los físicos observaron dos de estos núcleos -oxígeno-28 y oxígeno-27- mediante su desintegración en oxígeno-24 con cuatro y tres neutrones, respectivamente.
Para ello, utilizaron la RI Beam Factory de RIKEN, capaz de producir intensos haces de núcleos inestables acoplados a un blanco activo de hidrógeno líquido espeso y a matrices de detección de neutrones múltiples.
Las reacciones de eliminación de nucleones inducidas por protones a partir de un haz de alta energía de flúor-29 generaron los isótopos oxígeno-27 y oxígeno-28 no ligados a neutrones.
Los investigadores observaron estos isótopos y estudiaron sus propiedades detectando directamente sus productos de desintegración.
Descubrieron que tanto el oxígeno-27 como el oxígeno-28 existen como resonancias estrechas de baja altitud y compararon sus energías de desintegración con los resultados de sofisticados modelos teóricos -un cálculo de modelo de cáscara a gran escala y un enfoque estadístico de nuevo desarrollo- basados en teorías de campo efectivo de la cromodinámica cuántica. La mayoría de los enfoques teóricos predijeron energías más altas para ambos isótopos.
"En concreto, los cálculos estadísticos de clúster acoplado sugirieron que las energías del oxígeno-27 y el oxígeno-28 pueden proporcionar valiosas limitaciones para las interacciones consideradas en tales enfoques ab initio", afirmó el Dr. Kondo.
"También investigamos la sección transversal para la producción de oxígeno-28 a partir del haz de flúor-29, encontrando que es consistente con que el oxígeno-28 no exhibe una estructura de cáscara cerrada N = 20".
"Este resultado sugiere que la 'isla de inversión', por la cual la brecha de energía entre los orbitales de neutrones se debilita o desaparece, se extiende más allá de los isótopos de flúor flúor-28 y flúor-29 hacia los isótopos de oxígeno."
"Los presentes hallazgos mejoran nuestra comprensión de la estructura nuclear al ofrecer nuevas perspectivas, especialmente para los núcleos extremadamente ricos en neutrones."
"Además, la investigación detallada de las correlaciones multineutrón y el estudio de otros sistemas exóticos son ahora posibles con la técnica de espectroscopia de desintegración multineutrón utilizada aquí".
"Esperemos que la investigación futura desvele muchos más misterios en torno a los núcleos".
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Fuentes, créditos y referencias:
Yosuke Kondo, First observation of 28O, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06352-6. www.nature.com/articles/s41586-023-06352-6
Katherine Bourzac, Rare oxygen isotope detected at last—and it defies expectations, Nature (2023). DOI: 10.1038/d41586-023-02713-3 , www.nature.com/articles/d41586-023-02713-3
Créditos a Scinews
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Fuente:
© Científicos han observado una forma nunca vista de oxígeno
