Materia enriquecida en neutrones en los laboratorios y en el Cosmos

La materia enriquecida en neutrones es el corazón de muchas cuestiones fascinantes en la física nuclear y la astrofísica: ¿Cuáles son las fases y ecuaciones de estado de la materia nuclear y los neutrones? ¿Cuáles son las propiedades de los núcleos enriquecidos de neutrones de corta vida a través de los cuales los elementos químicos que nos rodean fueron creados? ¿Cuál es la estructura de las estrellas de neutrones y que determina sus radiaciones electromagnéticas, de neutrinos y de ondas gravitatorias?, entre otras. Para explicar la naturaleza de la materia enriquecida de neutrones a través de un rango de densidades, es esencial un enfoque interdisciplinario para integrar experimentos de laboratorio con teoría astrofísica, teoría nuclear, teoría de la materia condensada, físicos atómicos, ciencia computacional, y astronomía de ondas gravitatorias y electromagnéticas. La figura al final resume las vinculaciones en este esfuerzo interdisciplinario.

En núcleos pesados enriquecidos con neutrones, el exceso de éstos últimos predominan en la superficie nuclear, formando una capa, una región de enlaces débiles. La presencia de esta capa puede llevar a curiosas excitaciones colectivas, por ejemplo, “resonancias pigmeas”, caracterizadas por el movimiento del neutrón parcialmente desacoplado de la capa contra lo remanente en el núcleo. Tales modalidades pueden alterar secciones transversales de captura de neutrones importantes para el proceso de nucleosíntesis. Uno de los impulsores principales de la ciencia del FRIB (Facility for Rare Isotope Beams – Instalaciones para Haces de Isótopos Raros) es el estudio de un rango de núcleos con capas de neutrones varias veces más delgadas de lo posible actualmente. Los estudios de las oscilaciones nucleares de alta frecuencia (Resonancias gigantes) y las reacciones intermedias de energía nuclear nos ayudarán a precisar la ecuación de estado de la materia nuclear.

Otra percepción es proporcionada por los experimentos de dispersión de electrones. El Lead Radius Experiment (También conocido como PREx) en el Jefferson Laboratory usa una señal débil derivada de una violación de paridad por la interacción débil para medir el radio de la distribución de neutrones en plomo 208. Esta medición debería tener amplias implicaciones para los análisis de baja energía, estructura nuclear y astrofísica, del Modelo Estándar. Datos precisos del PREx podrían proporcionar restricciones en la influencia los de neutrones en las estrellas de neutrones a densidades sub-nucleares. Importantes revelaciones vendrán de los experimentos con átomos fríos Fermi que pueden ser ‘sintonizados’ para probar que los fluidos que interactúan fuertemente son muy similares a la materia de baja densidad de neutrones encontrada en la corteza de las estrellas de neutrones.

Búsqueda multidisciplinaria para entender la materia enriquecida en neutrones en la Tierra y en el Cosmos. El descubrimiento anticipado de las ondas gravitatorias por LIGO y el detector europeo Virgo nos ayudarán a entender los movimientos a gran escala de la materia densa enriquecida en neutrones. Finalmente, los avances en hardware y técnicas computacionales permitirán a los teóricos desarrollar cálculos de la corteza de las estrellas de neutrones. Crédito: W. Nazarewics, University of Tennessee.

Esta entrada participa en el XXXVI Carnaval de Física, que regresa a su casa en esta ocasión, el blog Gravedad Cero, de Carlo Ferri.

Este tema concluirá en Intersecciones de Física Nuclear Densa con Átomos Fríos y Estrellas de Neutrones.

Referencias.

The Pygmy Dipole Resonance in the neutron-rich nucleus 68Ni
A. Bracco, O. Wieland

Excitation of pygmy dipole resonance in neutron-rich nuclei via Coulomb and nuclear fields
A. Vitturi, E.G. Lanza, M.V. Andrés, F. Catara, D. Gambacurta

FRIB
Webiste

Lead Radius Experiment (PREx)
Jefferson Lab News

Cold Fermi atomic gases in a pumped optical resonator
J. Larson, G. Morigi, M. Lewenstein

Dynamics of Cold Fermi atoms in one-dimensional optical lattices (Recomendable)
Alexey V. Ponomarev

Pseudo-gap pairing in ultracold Fermi atoms
Hui Hu, Xia-Ji Liu, Peter D. Drummond & Hui Dong.

Measurement of the neutron radious of 208Pb through parity-violation in electron scattering
S. Abrahamyan et al. (PREx Collaboration).

Pygmies, Giants and Skins
J. Piekarewicz et al.

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