¿Sabías que dentro del diminuto núcleo de un átomo pueden ocurrir transformaciones que desafían nuestras ideas sobre la materia? El núcleo del plomo-190 acaba de revelar un comportamiento extraordinario: la coexistencia de tres formas geométricas diferentes, algo que no se había medido con tal precisión hasta ahora. Este descubrimiento, fruto del trabajo conjunto de científicos de la Universidad de Jyväskylä (Finlandia) y la Universidad de Liverpool (Reino Unido), ha sido publicado en enero de 2025 en Communications Physics y promete cambiar cómo entendemos las interacciones nucleares.
Para visualizar este avance hay que echar un poco de imaginación, puesto que el núcleo del plomo-190 puede adoptar tres formas al mismo tiempo: esférica, oblonga como un tomate (esferoide oblato) y alargada como un melón (esferoide prolato). Estos estados, aunque invisibles al ojo humano, han sido captados con técnicas avanzadas, marcando un antes y un después en la física nuclear. “No solo descubrimos formas coexistentes, sino que también identificamos un estado esférico excitado que desafía estudios previos”, explica Adrian Montes Plaza, uno de los autores principales del estudio.
La coexistencia de formas nucleares: un fenómeno fascinante
Desde hace décadas, los científicos han observado que algunos núcleos atómicos pueden deformarse bajo ciertas condiciones. Sin embargo, observar tres deformaciones coexistentes en un solo núcleo, como ocurre en Pb-190, es extremadamente raro.
¿Qué significa que un núcleo “cambie de forma”? A nivel subatómico, los protones y neutrones dentro del núcleo interactúan mediante fuerzas nucleares y electromagnéticas. Estas interacciones complejas crean configuraciones energéticas que pueden hacer que el núcleo adopte distintas formas. En términos prácticos, estas formas afectan propiedades como la estabilidad del núcleo y la manera en que emite energía, lo cual tiene implicaciones en campos como la energía nuclear o la astrofísica.
El plomo-190 se convierte así en un modelo único para estudiar este fenómeno, gracias a su peculiar estructura. Estudios previos habían señalado su capacidad de deformación, pero faltaban pruebas concluyentes. El nuevo trabajo no solo confirma estas hipótesis, sino que también establece una relación directa entre las transiciones energéticas del núcleo y sus formas físicas.
Métodos revolucionarios para explorar lo invisible
Para lograr este avance, los investigadores recurrieron a tres técnicas experimentales clave:
- Detección de rayos gamma: Esta técnica identificó las emisiones energéticas del núcleo inmediatamente después de su formación. Estas emisiones son fundamentales para determinar configuraciones internas.
- Estudio de estados metastables: Los rayos gamma emitidos durante la relajación de estos estados permitieron obtener información adicional sobre las formas nucleares.
- Efecto Doppler en la medición de vidas útiles: Este método fue clave para calcular cuánto tiempo permanecen estables las distintas configuraciones del núcleo antes de cambiar.
Cada una de estas técnicas aportó piezas únicas al rompecabezas, permitiendo a los investigadores construir un modelo detallado de las formas coexistentes. “La combinación de métodos avanzados está demostrando ser crucial para investigar fenómenos nucleares raros”, afirma Janne Pakarinen, otro de los autores del estudio.
Por otra parte, los experimentos se llevaron a cabo en el Laboratorio de Aceleradores de la Universidad de Jyväskylä, un centro reconocido por su capacidad para realizar mediciones de alta precisión. Allí se emplearon detectores especializados y sistemas de separación de partículas que hicieron posible aislar las señales del plomo-190 entre miles de eventos simultáneos.
Hallazgos que desafían teorías previas
El análisis del núcleo de plomo-190 arrojó resultados sorprendentes:
- Una banda de estados energéticos predominantemente oblata (forma aplastada).
- Una banda más colectivamente elongada, asociada con estados prolatas (alargados).
- La identificación de un estado excitado esférico, algo nunca observado antes en este núcleo.
Estos hallazgos contradicen estudios anteriores que sugerían una configuración esférica para los estados de menor energía. Las mediciones también incluyeron datos precisos sobre las fuerzas monopolares, que describen cómo las formas del núcleo interactúan entre sí durante las transiciones de estado.
“El núcleo de Pb-190 destaca como un ejemplo paradigmático de cómo las formas nucleares pueden coexistir y mezclarse,” señala el equipo en su artículo. Esta mezcla de configuraciones, descrita como “una significativa mezcla de contribuciones en las funciones de onda”, es clave para entender los complejos fenómenos cuánticos que ocurren en el núcleo atómico.
Física y más allá
Los resultados obtenidos tienen un impacto que trasciende la física nuclear básica. Por un lado, ofrecen nuevas restricciones para los modelos teóricos, lo que ayudará a desarrollar representaciones más precisas de las interacciones nucleares. Por otro, abren preguntas fascinantes: ¿podrían otros núcleos exhibir comportamientos similares? ¿Qué condiciones hacen posible esta coexistencia de formas?
Por otra parte, este estudio es un recordatorio de que incluso los elementos bien estudiados, como el plomo, aún pueden sorprendernos. En un momento donde la física busca unificar teorías fundamentales, hallazgos como este son esenciales para conectar los puntos entre la mecánica cuántica y las fuerzas nucleares.
En el ámbito práctico, comprender mejor la deformación nuclear podría tener aplicaciones en tecnologías que dependen de reacciones nucleares, como los reactores de fisión y la medicina nuclear. Aunque estas aplicaciones están aún lejos, este avance marca el camino para futuras investigaciones.
Referencias
- Montes Plaza, A., Pakarinen, J., Papadakis, P. et al. Direct measurement of three different deformations near the ground state in an atomic nucleus. Commun Phys 8, 8 (2025). https://doi.org/10.1038/s42005-024-01928-8
Cortesía de Muy Interesante
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