Los isótopos únicos desafían las reglas atómicas

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Concepto de arte de partículas de física atómica
Un nuevo estudio revela el mecanismo único de desintegración multiprotón del 18Mg, lo que avanza en la comprensión de la dinámica nuclear y potencialmente influye en las tecnologías energéticas y cuánticas. El trabajo futuro tiene como objetivo perfeccionar aún más las teorías del desorden nuclear. Crédito: SciTechDaily.com

Una nueva investigación revela una desintegración única de dos protones en 18Mg, lo que afecta las teorías y aplicaciones de la física nuclear.

Un equipo de investigadores ha descubierto que el 18Mg sufre un mecanismo único de desintegración «multiprotón», en el que emite secuencialmente dos pares de protones. Este proceso, a diferencia de la desintegración radiactiva convencional, reduce una interacción compleja de fuerzas nucleares, rompiendo con el modelo nuclear sostenido durante mucho tiempo.

La investigación, realizada por científicos del Laboratorio de Física Nuclear y Aplicación de Haz de Iones (MOE), el Instituto de Física Moderna, el Centro de Investigación de Física Nuclear Teórica de Shanghai, la NSFC y la Universidad de Fudan, se publicó en la revista Ciencias y técnicas nucleares.

Representación esquemática de la desintegración del 18Mg.
A diferencia de la física clásica, la desintegración de múltiples partículas es un fenómeno exclusivo del mundo cuántico. El magnesio-18 proporciona un ejemplo de un sistema tan inusual, lejos de la línea de inmersión. Al desprenderse pares de protones uno tras otro, el magnesio-18 libre llega al neón-16 y luego al oxígeno-14, una secuencia de acontecimientos que los físicos comparan con muñecos de anidación. Crédito: Simeón Wang

Avances en el análisis de la desintegración de protones

El fenómeno de la desintegración de dos protones, propuesto en la década de 1960, ha pasado de ser una curiosidad teórica a una realidad mensurable gracias a los recientes avances tecnológicos. En este estudio de comportamiento inusual 18El Mg, un nucleido alejado de la línea normal de estabilidad atómica, ofrece información importante sobre las fuerzas en juego dentro de núcleos altamente inestables llenos de protones.

Calculando los espectros y anchos de desintegración de 18Mg-18C
Los espectros calculados para 18Mg y 18C sugieren que el estado fundamental del 18Mg probablemente exhibe un modo de desintegración «degenerado». Esto implica una competencia potencial entre las vías de desintegración de un solo protón (1p) y dos protones (2p) durante el proceso de desintegración del 18Mg. Crédito: Simeón Wang

Ideas e implicaciones de los métodos.

Utilizando el método de canal acoplado de Gamow, los investigadores capturaron y analizaron interacciones y perturbaciones dentro de 18 Mg. Este enfoque proporciona una visión detallada de la dinámica de la estructura nuclear, lo que permite una comprensión más detallada del comportamiento nuclear durante el corte. «Nuestro método ha mejorado enormemente la forma en que interpretamos la interacción entre protones y núcleos en condiciones extremas», explica el profesor Simian Wang, quien dirigió la investigación.

Distribuciones de densidad previstas para el terreno y los primeros estados excitados de 18Mg y 18C
La estructura interna predicha del 18Mg muestra la posibilidad de un emparejamiento de protones de valencia y una estructura similar a la de un cigarro. Además, se observa una moderada ruptura de la simetría conformacional entre el 18C y el 18Mg. Crédito: Simeón Wang

Direcciones futuras en la investigación de la desintegración nuclear

El estudio no sólo mejora la comprensión académica sino que también tiene implicaciones prácticas en diversos campos. Información sobre el comportamiento de desintegración de núcleos exóticos. 18El magnesio puede influir en la evolución de los fundamentos, los campos energéticos y todo tipo de sistemas cuánticos abiertos.

El equipo ahora se propuso descubrir más sobre a qué procesos afecta el trastorno del núcleo. Las investigaciones futuras tienen como objetivo explorar la relación entre las estructuras de los nucleones y los mecanismos de desintegración, con el potencial de mejorar enormemente los modelos teóricos en física nuclear.

Evolución temporal del estado fundamental de 18Mg.
Utilizando un nuevo modelo teórico se aclara el proceso de degradación del 18Mg. Esto indica que la emisión simultánea de dos protones es el método de desintegración más probable, a pesar de la viabilidad energética de la desintegración de un solo protón. Crédito: Simeón Wang

Aplicaciones prácticas y desarrollos teóricos.

«Al convertir lo que alguna vez fue teórico en algo que ahora podemos estudiar y cuantificar, esta investigación mejorará nuestra comprensión fundamental de la física nuclear y nuestra capacidad para aplicar ese conocimiento de manera práctica», dijo el profesor Wang. «Cada descubrimiento proporciona no sólo nuevos conocimientos científicos sino también soluciones prácticas que pueden beneficiar a diversos campos tecnológicos en el futuro».

Correlación asintótica de dos protones expulsados ​​del estado fundamental de 18Mg
Las correlaciones entre los protones expulsados ​​proporcionan información estructural valiosa sobre los sistemas de desintegración. Al comparar las correlaciones nucleón-nucleón predichas con los datos experimentales resultantes, se puede probar eficazmente la estructura interna y las propiedades del desorden de este inusual sistema cuántico abierto. Crédito: Simeón Wang

Cita: Long Zhou, Di-King Fang, Si-Min Wang y Hui Hu, 26 de junio de 2024, «Estructura y mecanismo de desintegración 2p de 18 mg» Ciencias y técnicas nucleares.
DOI: 10.1007/s41365-024-01479-1

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