Núcleos con halo

Experientia docet

Solemos imaginar los núcleos atómicos como agrupaciones compactas de nucleones, protones y neutrones, como bolitas formando una especie de bola más grande, minimizando el espacio ocupado. Y esto no es siempre así: hay núcleos con halo.

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Lo que imaginamos cuando hablamos del núcleo atómico. Fuente: Wikimedia Commons

Ciertos núcleos tienen un “halo” formado por uno o dos nucleones que orbitan a cierta distancia del núcleo central. En principio este tipo de núcleos tendrían una mayor probabilidad, por tener una «sección transversal» más grande, de interactuar con otros núcleos en reacciones de fusión. Para intentar comprender el efecto real de esta sección transversal “mejorada” un grupo de investigadores ha creado un modelo de un núcleo con halo, el carbono-15 (6 protones y 9 neutrones), y lo ha comparado con un núcleo sin halo, el carbono-14 (6 protones y 8 neutrones). Han encontrado que dos factores juegan un papel en la mayor probabilidad de reacción del carbono-15: su gran tamaño y su forma, que está alterada.

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Imagen muy simplificada del aspecto del núcleo de carbono-15. Fuente: APS/Alan Stonebraker

El interés en los núcleos con halo estriba en que su estructura única proporciona un banco de pruebas para las teorías de la física nuclear. Los investigadores pueden crear estos núcleos de vida corta en los laboratorios y estudiar sus interacciones con otros núcleos. Se han generado y disparado haces de núcleos de carbono-15, por ejemplo, contra objetivos de torio-232. Los resultados sugieren que el carbono-15 tiene entre 2 y 5 veces más probabilidades de fusionarse con el torio que el carbono-14 a energías por debajo de la barrera electrostática.

Los investigadores explican la mejora de la fusión del carbono-15 modelando las interacciones usando la teoría funcional de la densidad nuclear dependiente del tiempo, que reproduce teóricamente el movimiento colectivo de los núcleos que reaccionan.

El núcleo de carbono-15 es como el de carbono-14 con la diferencia de que el neutrón extra, el que hace que el 14 sea 15, orbita alrededor de un núcleo similar al carbono-14. El tamaño extendido del halo conduce a una repulsión electrostática más pequeña, lo que significa que el carbono-15 puede penetrar más profundamente en un núcleo objetivo que el carbono-14.

Pero el equipo ha encontrado también un nuevo factor debido a la deformación que provoca el halo. Hay que incluir los efectos dependientes de la dirección en la que se produce el choque entre núcleos que se fusionan derivados de la forma alargada del carbono-15. Los investigadores dicen que su método puede extenderse a otros núcleos de halo con más de un nucleón en órbita.

Referencias:

X. X. Sun and L. Guo (2023) Microscopic study of fusion reactions with weakly bound nucleus: Effects of deformed halo Phys. Rev. C doi: 10.1103/PhysRevC.107.L011601

M. Alcorta et al. (2011) Fusion reactions with the one-neutron halo nucleus 15C Phys. Rev. Lett. doi: 10.1103/PhysRevLett.106.172701

Este texto es una adaptación de M. Schirber (2023) Targeting a nuclear halo Physics 16, s2

Para saber más:

Serie El núcleo, una introducción sencilla al descubrimiento y estructura del núcleo atómico.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

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