Los sistemas nucleares (Desde el núcleo atómico de la materia en las estrellas de neutrones a la materia formada en colisiones de iones pesados ultra-relativistas) son sistemas complejos multipartículas los cuales exhiben un amplio rango de comportamientos colectivos, por ejemplo, la superfluidez. Esta faceta, compartida en común con la materia estudiada por los físicos de materia condensada, físicos atómicos, químicos cuánticos y científicos de materiales, ha abierto espléndidas oportunidades para el cruce valioso y productivo de información entre esos campos. De creciente importancia es la intersección de la física nuclear y los gases atómicos ultrafríos.

Las nubes de gases atómicos permiten a los físicos controlar las condiciones experimentales tales como las densidades de partículas y las fuerzas de interacción, un control intrínsecamente no disponible para los físicos nucleares. Este control ha inspirado a los físicos nucleares para desarrollar cuadros más unificados de material nuclear, más allá de las limitaciones de los sistemas de los laboratorios nucleares, y ver los puntos en común con los sistemas atómicos. La flexibilidad experimental de los sistemas atómicos fríos los hace ideales para explorar fases exóticas y la dinámica cuántica en estos sistemas de Fermi fuertemente vinculados.

Los plasmas de Quark-Gluón en colisiones de iones pesados ultrarelativistas son los materiales más calientes que se puedan producir en el laboratorio, con temperaturas de varios billones de grados. Por otro lado, las nubes de átomos ultrafríos atrapados son los sistemas más fríos del Universo, alcanzando temperaturas tan bajas como un mil millonésimo de grado por arriba del cero absoluto. Sin embargo, a pesar de esta diferencia de temperaturas y energías, los dos sistemas comparten conexiones físicas significativas, lo que permite la ‘fertilización cruzada’ entre la física de alta energía nuclear y la física de átomos ultrafríos. Ambos sistemas, cuando interactúan fuertemente, tienen las viscosidades más pequeñas (Comparadas con su entropía o grado de desorden) de cualquier sistema en el Universo. La transición observada en las nubes de átomos fríos fuertemente interactuando de estados superfluidos emparejados, análogos a electrones superconducidos en un metal, a estados de moléculas BEC (Condensado Bose-Einstein) consistentes de dos fermiones atómicos, capta ciertos aspectos de la transición de un plasma de Quark-Gluón a la materia hadrónica ordinaria hecha de neutrones, protones y mesones.

El emparejamiento superfluido en la interacción de baja densidad de los sistemas atómicos fermiónicos es muy similar a la vinculación en materia de neutrones de baja densidad en las estrellas de neutrones. En la imagen destacada, se observa la comparación de la energía predicha a de una nube de baja densidad de neutrones superfluidos fríos con la de fermiones atómicos fríos, ya que la densidad aumenta, y muestra como los dos sistemas se comportan en común. Aunque las escalas de energía son muy diferentes, las interacciones atractivas entre fermiones en ambos sistemas producen huecos en pares extremadamente grandes, del orden de un tercio a la mitad de la energía de Fermi, y en este sentido estos sistemas son los superfluidos de temperatura más alta conocidos. Los experimentos en átomos fríos pueden medir las energías y los huecos de emparejamiento superfluido de fermiones fríos desde el acoplamiento débil hasta el fuerte, y proporciona pruebas sensibles de las teorías utilizadas para calcular las propiedades de la materia en el exterior de las estrellas de neutrones, núcleos enriquecidos en gran proporción de neutrones, y la materia de los quarks. Estas propiedades son clave para entender los límites de la estabilidad y la vinculación de núcleos ricos en neutrones y el enfriamiento de las estrellas de neutrones.

También se pueden estudiar análogos de estados nucleares y plasma quark-gluón con átomos fríos. Ejemplos sencillos son la unión de fermiones atómicos en tres estados distintos (hiperfinos), tal como el Litio-6, de forma análoga a los quarks de tres colores de quarks, en moléculas de tres átomos, los análogos de nucleones, o la unión de bosones atómicos con fermiones atómicos en moléculas. También se pueden aprovechar las similitudes de la interacción de los tensores entre nucleones a la interacción magnética entre átomos con grandes momentos magnéticos dipolares, por ejemplo, el disprosio, para que los análogos de los estados de priones condensados propuestos en las densas estrellas de neutrones. La interacción fuerte de plasma atómico ultrafuerte también presenta oportunidades inusuales para estudiar la dinámica de la interacción fuerte de plasma quark-gluón. Otros ejemplos incluyen la formación y la interacción de los vórtices y las posibles fases superfluidas exóticas de la materia. Futuros experimentos con trampas ópticas permitirán estudiar las propiedades de la materia no homogénea que existe en la corteza de las estrellas de neutrones. Y, la interacción fuerte de las nubes de átomos con diferentes densidades de spines up y down, como puede ser diseñado en las trampas ópticas, compartir algunas características comunes con la interacción fuerte de materia quark con diferentes densidades de quarks extraños, up¸y down. En ambos contextos, los huecos de emparejamiento superfñuidos que son modulados en el espacio en un patrón periódico que lo puede desarrollar, produciendo una fase de materia superfluida y cristalina, indicios que pueden observarse en los experimentos recientes de átomos fríos.

Referencias.

The Quark-Gluon Plasma. A Short Introduction
Helmut Satz.

Physics of the quark-gluon plasma
Markus H. Thoma

Quark-Gluon Plasma. Theorical Foundations.
J. Kapusta, B. Müller, J. Rafelski

Hunting the Quark Gluon Plasma
Results from the first 3 years at RHIC

Quark-Gluon Plasma and the Early Universe
Xiangdong Ji

Superfluidity
FIRST – Quantum Information Processing Report WebSite

Argonne National Laboratory
ANL Website

TRIUMF
TRIUMF Website

Grand Accélérateur National d’Ions Lourds
GANIL Website

GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
Website

CERN
Website

RIKEN
Website

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.

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.

En colaboración científicos estadounidenses y rusos crean el elemento químico 117.

Un equipo de físicos estadounidenses y rusos han creado un elemento químico con el número atómico Z=117, llenando un hueco en la Tabla Periódica de los Elementos. El nuevo elemento súper-pesado, ‘nació’ en un acelerador en Dubna, Rusia, y requirió los esfuerzos colaborativos coordinados entre cuatro instituciones en Estados Unidos de América y dos en Rusia y más de dos años para conseguirlo, es de destacar lo que logró la cooperación internacional. La identificación del elemento 117 entre los productos de la reacción del berkelio 249 con el calcio 48 ocurrió a finales del 2009 y los resultados fueron publicados en abril del 2010. La producción del blanco berkelio 249, con un corto periodo de vida media de T1/2=320 días, requirió una intensa irradiación de neutrones en el Reactor de Isótopos de Alto Flujo (HFIR, High Flux Isotope Reactor) del ORNL (Oak Ridge National Laboratory), la separación química en otro reactor obtuvo productos que incluyeron el californium 252, otra vez, en el ORNL, siguiendo la fabricación del blanco en Dimitrovgrad, Rusia y seis meses de bombardear el acelerador con un haz intenso de calcio 48 en Dubna, Rusia (Una carrera continua intercontinental contra el decaimiento radioactivo).

El análisis de la información experimental fue desarrollado de manera independiente en Dubna y Lawrence Livermore National Laboratory, proporcionando análisis de los datos prácticamente las 24 horas del día, debido al diferencial de tiempo entre Rusia y California (Entre 11 y 12 horas) Se observaron seis átomos del elemento 117 (Cinco de 117293 y uno de 117294) y un total de 11 nuevos nucleídos fueron descubiertos en el decaimiento de los productos de esos dos isótopos de Z=117. Se observó al medir las vidas medias de los nuevos núcleos súper-pesados que estas se incrementaban con un mayor número de neutrones.

Este trabajo representa la verificación experimental para la existencia de la isla predicha de estabilidad mejorada. Científicos y estudiantes de la Vanderbilt University y la University of Nevada también contribuyeron en este exitoso experimento.

Esta entrada participa en el XXV Carnaval de Física cuyo anfitrión en esta edición es el blog “Últimas noticias del Cosmos“, gestionado por Gerardo Blanco.

Referencias

Argonne National Laboratory

TRIUMF

Grand Accélérateur National d’Ions Lourds

GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

CERN

RIKEN

Designer nuclei – making atoms that barely exist
K.L Jones & W. Nazarewics

Shape coexistence and triaxiality in the superheavy nuclei
S. Ćwiok, P.H. Heenen, W. Nazarewicz

The magic nature of 132Sn explored through the single-particle states of 133Sn
K.L. Jones, A.S. Adekola, D.W. Bardayan et al.

From Finite Nuclei to the Nuclear Liquid Drop: Leptodermous Expansion Based on the Self-consistent Mean-Field Theory
P.G. Reinhard, M. Bender, W. Nazarewicz, T. Vertse

Theoretical Description of Superheavy Nuclei
W. Nazarewicz, M. Bender, S. Cwiok, P.-H. Heenen, A. Kruppa, P.G. Reinhard, T. Vertse

Shell Stabilization of Super- and Hyper-Heavy Nuclei Without Magic Gaps
M. Bender, W. Nazarewicz, P.–G. Reinhard

Shell Corrections of Superheavy Nuclei: Green’s Function Hartree-Fock Method
A.T. Kruppa, M. Bender, W. Nazarewicz, P.–G. Reinhard, T. Vertse, S. Cwiok,

Have superheavy elements been produced in nature?
I. Petermann, K. Langanke, G. Martínez-Pinedo, I.V. Panov, P.-G. Reinhard, F.-K. Thielemann

Z=117
American Physical Society Sites – Division of Nuclear Physics

Exploring the island of Superheavy Elements
Sigurd Hofmann

Synthesis of a New Element with Atomic Number Z=117
Y. T. Oganessian et al.

Los elementos más pesados

¿Qué tan pesados son los núcleos atómicos que pueden existir? ¿Existe una isla de núcleos de larga vida en el plano N-Z? ¿Cuáles son las propiedades químicas de los átomos súper-pesados? Estas cuestiones presentan retos tanto para los físicos experimentales como los teóricos. La fuerza electrostática de repulsión entre protones se incrementa en aquellos núcleos con un número de protones grande que podrían no estar enlazados excepto por sutiles efectos cuánticos. La teoría predice que la estabilidad podrá incrementarse con la adición de neutrones en esos sistemas cuando N=184 (Ver Figura 1), pero no hay consenso acerca del lugar preciso de la proyectada isla de elementos súper-pesados de larga vida y sus periodos de existencia (Los intervalos van desde 105 hasta 107) años). is themes to the Apple legal a unlocking iphone 3g help around is all of features has craze to turning easy

Mediante el uso de blancos de actínidos y haces estables raros, tales como el calcio 48, se producen y observan elementos superiores a Z=118. El descubrimiento de un núcleo Z=117, con un blanco de berkelio 249 es un ejemplo de ello, así como de cooperación internacional en física nuclear (Se explicará en la última parte de esta serie). Con esa investigación, no solo se descubrió un nuevo elemento, sino que la nueva información obtenida de la vida media de varios núcleos en su decaimiento proporcionó el soporte experimental para la existencia de la tan largamente predicha isla de estabilidad en núcleos súper-pesados. Un progreso mayor, el acercarse a Z=118 o superarlo es posible, pero se requieren nuevos blancos de actínidos más allá del berkelio, y haces intensos de isótopos raros estables como el titanio 50. Sin embargo, existe un rango de opciones para sintetizar elementos pesados con haces exóticos. Utilizando los blancos radioactivos enriquecidos con neutrones y haces, se puede formar un sistema altamente excitado, el cual podría decaer en un estado súper-pesado vía el retiro del exceso de neutrones. Un área de relativa importancia es el estudio adicional de la espectroscopia de los núcleos súper-pesados posibles utilizando haces re-acelerados y espectrómetros ampliamente aceptados, buscando en el decaimiento alfa y la espectroscopia de rayos gamma arriba de Z=106.

Un reto importante es delinear las líneas de goteo (Los límites de los números de protones y neutrones en los cuales el núcleo no se mantiene unido por la fuerza nuclear fuerte y su existencia nuclear termina) tan lejos como el mapa nuclear lo permita (Ver Figura 1). Por ejemplo, los experimentos en la MSU han producido los isótopos de magnesio y aluminio más pesados accesibles a la fecha y han mostrado la posible existencia de magnesio 40, aluminio 42 y aluminio 43. Las líneas de goteo cercanas al núcleo tienen sistemas cuánticos débilmente enlazados, frecuentemente con dimensiones espaciales extremadamente grandes. En años recientes, los experimentos en ANL (Argonne National Laboratory), TRIUMF (Canada’s National Laboratory for Particle and Nuclear Physics), GANIL (Grand Accélérateur National d’Ions Lourds), GSI, CERN y RIKEN (Rikagaku Kenkyūjo) usando láseres espectroscópicos de alta precisión han determinado la carga radial del halo nuclear del helio 6, helio 8, berilio 11 y litio 11 con una precisión del 1% a través de la determinación de los cambios los niveles electrónicos atómicos de los isótopos. Con las avanzadas Instalaciones para Haces de Isótopos Raros (FRIB, siglas en inglés) puede ser posible extender esos estudios para delinear más de las líneas de goteo hasta una masa 100 utilizando los haces de alta energía disponibles y la alta eficiencia y selectividad de los separadores de fragmentos FRIB.and your and Apple app by even the and a This iphone 3g unlock one you and to specific any unlocking together iPhone 4S they even

Las líneas de goteo frecuentemente exhiben modos de decaimiento exótico. Un ejemplo es el núcleo enriquecido en protones del hiero 45 que decae por decaimiento beta o expulsando dos protones de su estado fundamental. Moviéndonos hacia las líneas de goteo, el acoplamiento entre los diferentes estados nucleares, vía un continuo de estados sin enlaces, se hará sistemáticamente más importante, eventualmente interpretará un papel dominante en una estructura determinada. Tales sistemas donde ambos estados, los que tienen enlaces como los que no, existen e interactúan son llamados sistemas cuánticos “abiertos”.

Muchos aspectos de los núcleos en los límites del ‘paisaje nuclear’ son genéricos y se están explorando actualmente en otros sistemas abiertos: moléculas en campos externos fuertes, puntos cuánticos y otros microcomponentes en estado sólido, cristales en campos láser, y cavidades en microondas. La experimentación con haces radioactivos nucleares responderá las cuestiones pertinentes a todos los sistemas cuánticos abiertos: ¿Cuáles son sus propiedades cerca de los niveles bajos de energía donde las reacciones se vuelven energéticamente permitidas (Umbrales de las reacciones)? ¿Cuál es el origen de los estados en el núcleo, los cuales se asemejan a las agrupaciones de nucleones en grupos bien definidos, especialmente aquellos de importancia astrofísica? ¿Cuáles son los pasos más importantes en el desarrollo de una teoría que trataría la estructura nuclear y las reacciones consistentemente?

Orbital externo: Un objetivo en movimiento.

El concepto de nucleones moviéndose en órbita en el interior del núcleo bajo la influencia de una fuerza común da lugar a ideas de una estructura externa y números ‘mágicos’. Similares al movimiento de los electrones en un átomo, las órbitas nucleónicas se agrupan en energía, de este modo forman una capa y los núcleos que han llenado sus depósitos nucleicos (‘Gases nobles’ nucleares) están excepcionalmente unidos. Los números de nucleones necesarios para llenar cada capa son conocidos como números mágicos, los tradicionales son: 2, 8, 20, 28, 52, 82 y 126 (Ver figura 2). Así, un núcleo como el de plomo 208, con 82 protones y 126 neutrones es ‘doblemente mágico’. El concepto de números mágicos a su vez, introduce el concepto de los nucleones de valencia (Aquellos más allá del número mágico). Entonces, considerando la estructura de un núcleo como el del plomo 210, uno puede, considerar solo los dos últimos neutrones de valencia en lugar de todos los demás. Cuando se propuso a finales de la década de 1940, fue un concepto revolucionario: ¿Cómo podrían los nucleones individuales, que la comprenden la mayor parte del volumen nuclear, orbitar tan libremente sin generar un absoluto caos por colisiones? Desde luego, ahora entendemos que el principio de exclusión de Pauli juega un papel clave, y el modelo resultante de las órbitas nucleónicas se ha convertido en la ‘plantilla’ utilizada por más de medio siglo para interpretar la estructura nuclear.

Un sello distintivo experimental de la estructura nuclear es el comportamiento del primer estado excitado con movimiento angular 2 y una paridad positiva en el núcleo par-par. Este estado, usualmente la más baja excitación de energía en este tipo de núcleo, es una estructura ‘mansa’. Su energía de excitación toma valores elevados en números mágicos y valores bajos conforme el número de nucleones de valencia se incrementan y emerge el comportamiento colectivo. La idea de capas nucleares nos lleva a las regularidades y patrones repetidos, ilustrados en la Figura 1 y como se ven las energías en el estado 2⁺ se muestran en la parte superior de la figura 3. El concepto de número mágico fue fraguado basado en los datos obtenidos de los núcleos estables o casi estables. Sin embargo, recientemente, los números mágicos tradicionales han sido objeto de una mayor revisión debido al acceso a especies previamente no disponibles. La estructura de la capa conocida de un núcleo estable ya no es considerada como una construcción inmutable sino que más bien como un objetivo en movimiento. De hecho la elucidación del cambio en la estructura de la capa es uno de los triunfos de los recientes experimentos en la estructura nuclear en instalaciones con haces exóticos alrededor del mundo. Por ejemplo, los experimentos en la Michigan State University en los Estados Unidos de América y en Gesellshaft für Schwerionenforschung han mostrado que en los isótopos de oxígeno 24 altamente enriquecidos con neutrones (Con ocho protones y el doble de nutrones -16), es de hecho, un número mágico.

Una de las regiones más interesantes que exhiben la fragilidad de los números mágicos comprende los núcleos con 12 a 20 protones y 18 a 30 neutrones. La evidencia experimental es ejemplificada en la parte inferior de la figura 3 por las energías del primer estado excitado 2⁺ en esta región. La figura muestra la desaparición del número de neutrones N=20 como un número mágico en Mg, mientras persiste para sus elementos vecinos. De forma similar, N=28 pierde sus características mágicas para Si, S y Ar, mientras Ca, el cuál es también mágico en protones, retiene su doble carácter mágico en N=28.

 Hay al menos tres factores que conduces a esos cambios en la estructura de la capa: Cambios en como los núcleos interactúan con otros como la asimetría protón-neutrón varía; la influencia de la dispersión y estado de decaimiento cercano a los límites isotópicos de existencia nuclear (Las ‘driplines’); y el papel creciente de los efectos corporales en los enlaces nucleares débiles donde las correlaciones determinan la existencia de los núcleos. Esta nueva perspectiva en la estructura de la capa afecta muchas facetas de la estructura nuclear, desde la existencia de los núcleos ligeros de corta vida, hasta los estables elementos superpesados.

Recientes estudios, utilizando técnicas como la excitación Coulomb y luz ionizada de un solo nucleón en reacciones de transferencia, ambas cerca de los números mágicos y a lo largo de las cadenas extendidas isotópicas, en isótopos de Ca, Ni y Sn, están comenzando a responder las cuestiones acerca de las efectivas fuerzas internucleones en la presencia de exceso de neutrones, la relevancia del modelo de capa detallado en la presencia de enlaces débiles y la naturaleza del mecanismo colectivo nuclear. Excelentes evaluaciones del modelo de capa nuclear fueron realizadas por recientes estudios de los isótopos de estaño (Sn). El núcleo de estaño tiene un número mágico de protones (50) y sus isótopos de corta vida, Sn-100 y Sn-132, tienen 50 y 82 neutrones respectivamente, se espera sean ejemplos inusuales del nuevo y doblemente mágico núcleo pesado. Los datos únicos en la región de Sn-132 (Ver figuras 4 y 5) muestran que el Sn-132 se comporta en efecto como un núcleo doblemente mágico. Otros experimentos proporcionan información con respecto al SN-100; en particular, la primera información estructural en el Sn-101 nos lleva a sorpresas teóricas. Análisis más allá de la estructura de la capa y las interacciones en los elementos más pesados son las que se detallan a continuación.

Se espera que el modelo de la capa se someta a análisis sensibles en la región de los núcleos superpesados, aquellos cuya existencia depende de una competición dinámica entre la atracción nuclear de corto largo y la repulsión Coulomb de rango amplio. Curiosamente, una interacción similar toma lugar en la materia de baja densidad enriquecida con neutrones, encontrada en la corteza de las estrellas de neutrones, donde la “frustración Coulomb” produce ricas y complejas estructuras colectivas. La figura 6 muestra el cálculo de la energía de la capa, que es, el realce cuántico en el enlace nuclear debido a la presencia de capas nucleónicas. El núcleo de la región del estaño es un excelente ejemplo del paradigma del modelo de la capa: El núcleo mágico con Z=50, N=50 y N=82 tienen las capas energéticas más grandes y las capas cerradas asociadas proporcionan estabilidad excepcional. En el núcleo superpesado, la densidad de los niveles de energía de una simple partícula es bastante grande, así que pequeños cambios de energía, tales como las regiones de la mejorada y estabilizada capa en la superpesada región cercana a N=184, generalmente se espera que sean bastante amplios; esto es, la noción de números mágicos y las brechas de energía asociadas con ellos se volverán fluidas.

Otros estudios de capas en los núcleos han sido iniciados en el Jefferson Lab y KEK en Japón, de hipernúcleos, es decir, núcleos que contienen al menos un hiperón, un extraño baryon, además de los núcleos. Agregando un hiperón, los físicos nucleares pueden explorar las regiones interiores de los núcleos que son imposibles de estudiar con protones y neutrones, los cuales deben obedecer las restricciones del Principio de Pauli. El trabajo experimental va mano a mano con los cálculos teóricos avanzados de las interacciones hiperón-núcleo e hiperón-hiperón, con el objetivo definitivo de tener un entendimiento completo de todas las interacciones baryon-baryon.

Esta entrada participa en el XXXIII Carnaval de la Física que se aloja en esta ocasión en el blog “El Mundo de las Ideas” (http://icaraideas.blogspot.com.es/ de Araceli Giménez y en la XVII Edición del Carnaval de la Química el cual se hospeda en esta ocasión en el blog “Un geólogo en apuros” (http://www.ungeologoenapuros.es/) de Nahum Chazarra.

Referencias

Se publicarán al concluir la parte 4.

El objetivo de la investigación de la estructura nuclear es construir una estructura coherente que explique todas las propiedades del núcleo, la materia nuclear y las reacciones nucleares. Siendo extremadamente ambiciosos, este objetivo ya no es un sueño lejano. Con la ‘llegada’ de nuevas generaciones de instalaciones de haces exóticos, los cuales expanden grandemente la variedad e intensidad de los isótopos raros disponibles, nuevos conceptos teórico y plataformas computacionales de escala extrema que permiten calcular hasta el borde de las propiedades nucleares, la estructura de la física nuclear está lista en el umbral de su expansión más dramática de oportunidades en décadas.

Las cuestiones generales que guían en la investigación de la estructura nuclear han sido expresadas en dos perspectivas: una vista microscópica enfocada en el movimiento de los núcleos individuales y sus interacciones, y otra mesoscópica que se enfoca en un sistema complejo altamente organizado que exhibe simetrías especiales, regularidades y el comportamiento colectivo. A través de estas dos perspectivas, la investigación en la estructura nuclear en la próxima década contestará varias preguntas, entre otras las siguientes:

• ¿Cuáles son los límites de los núcleos existentes y como esos límites ‘viven’ y ‘mueren’?
• ¿Cuáles son los patrones regulares en el comportamiento de la revelación del núcleo acerca de las fuerzas nucleares y el mecanismo de los enlaces nucleares?
• ¿Cuál es la naturaleza del extenso material nucleónico?
• ¿Cómo puede la estructura nuclear y sus reacciones ser descritas en una forma unificada?

Las nuevas instalaciones y herramientas ayudarán a explorar el vasto ‘paisaje’ nuclear e identificar los ‘ingredientes’ perdidos en nuestro entendimiento del núcleo. Estarán disponibles un gran número de nuevos núcleos (Ricos en protones, en neutrones, elementos más pesados, y largas cadenas de isótopos de elementos conocidos) y abarcará una gran cantidad de los cuales se podrán escoger isótopos clave (Núcleos diseñados) debido a que se aislarán o amplificarán de acuerdo a las necesidades.

Al mismo tiempo, la investigación con intensos haces de núcleos estables continuará produciendo ciencia innovadora, y, al largo plazo, los descubrimientos de haces exóticos brindarán nuevas cuestiones a resolver con núcleos estables.

El programa actual permite vislumbrar las futuras áreas de investigación, que son las nuevas formas de materia nuclear tales como la ‘cobertura’ o ‘piel’ de neutrón, la habilidad para fabricar los elementos superpesados que se han predicho para exhibir una inusual estabilidad a pesar de la alta repulsión electrostática, y estudios estructurales en isótopos exóticos cuyas propiedades desafían los actuales paradigmas.

Mano a mano con los desarrollos experimentales, un cambio cualitativo está tomando lugar en la física teórica de las estructuras nucleares. Con el desarrollo de nuevos conceptos, la explotación de colaboraciones simbióticas con científicos de diversos campos, y avances en la tecnología de la computación y algoritmos numéricos, los teóricos están progresando hacia el entendimiento del núcleo en una forma unificada y extensa.