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» » ¿Cuántos neutrones y protones se pueden agrupar en un solo átomo? Quizá unas 7.000 variaciones


Referencia: ScientificAmerican.com ,
Autora: Clara Moskowitz, 27 de junio 2012

Los científicos se preguntan si hay un límite para la agrupación del número de protones y los neutrones que pueden formar el núcleo de un átomo. Un nuevo estudio está más cerca que nunca de encontrar la respuesta mediante la estimación del número total de variaciones que puedan existir del núcleo.

Esta ilustración del paisaje nuclear muestra
los isótopos atómicos ordenados por un
creciente número de protones (arriba) y de
neutrones (derecha). Los bloques de azul
oscuro representan los isótopos estables y
los de azul claro los inestables. Crédito:
Andy Sproles, Oak Ridge National Laboratory
La tabla periódica de los elementos tiene 118 especies conocidas de átomos, y cada uno de ellos existe (ya sea de forma natural o sintética) en varias versiones, con diferentes números de neutrones, dando lugar a un total de aproximadamente 3.000 núcleos atómicos diferentes. Como la tecnología ha mejorado con los años, los físicos han ido construyendo átomos más pesados, el elemento 117 fue creado el año pasado, y los investigadores van tras la pista del 119. Los nuevos proyectos están en marcha para sumar y restar neutrones a los elementos ya conocidos, para crear variaciones cada vez más exóticas, conocidas como isótopos.

Pero, ¿cuál es el límite?

En el artículo de 28 de junio, publicado en la revista Nature, los investigadores informan que de los alrededor de 6.900 nucleidos (variaciones de núcleos atómicos), debería ser posible añadir 500 más o menos.


Enlace nuclear

"Más allá de los 7.000, estamos hablando de nucleidos cuya vida puede ser tan corta que no puedan ni formarse", afirmaba Witold Nazarewicz, miembro del equipo de investigación de la Universidad de Tennessee, del Laboratorio Nacional Oak Ridge en Tennessee y de la Universidad de Varsovia en Polonia. "El sistema se desintegraría al instante."

Incluso dentro de estos 7.000, la gran mayoría sería inestable, durando sólo una pequeña fracción de segundo. De los 3.000 nucleidos conocidos, sólo hay 288 estables.

El Modelo Estándar es la colección de teorías que describen las partículas más pequeñas de la materia, observadas experimentalmente, y las interacciones entre la energía y la materia. Crédito LiveScience.
Los átomos están limitados por el número de protones que pueden contener, ya que cada protón tiene una carga positiva, y debido a su repulsión se rechazan unos a otros. Incluso los neutrones, que no tienen carga, son ligeramente repulsivos entre sí. Una fuerza misteriosa llamada la interacción fuerte, que es aproximadamente 100 veces más fuerte que el electromagnetismo, es lo que mantiene unidos a los protones y neutrones en los núcleos.

"La naturaleza o forma exacta de la fuerza de interacción fuerte, sobre todo en los núcleos más pesados, es todavía un tema de investigación experimental y teórica muy intenso", comentó Nazarewicz.

Para crear esta nueva estimación, Nazarewicz y sus colegas, liderados por Jochen Erler, de la Universidad de Tennessee y Oak Ridge, examinaron lo que se llama una línea de goteo, un límite teórico del número de neutrones que se pueden combinar con un número determinado de protones para formar un núcleo. (La idea es que si se añaden más neutrones más allá de esa línea, se producirá "el goteo", o el desprendimiento desde el núcleo).

Para trazar dicha línea, los investigadores extrapolaron, partiendo de los mejores modelos disponibles, las interacciones nucleares de los núcleos pesados. Tras incluir varios modelos, los científicos fueron capaces de estimar los primeros márgenes de error fiables en sus predicciones, lo que demuestra hasta qué punto es precisa esta estimación.

"Este es el primer estudio que realmente dio una margen de error y mostró cuál es la mejor estimación teórica de este límite," agregó Nazarewicz. "No es suficiente con facilitar una cantidad, se necesita proporcionar un número junto con una estimación de la incertidumbre."

Supernovas y estrellas de neutrones

La nueva estimación no es tan sólo una cantidad teórica, dicho número representaría todas las especies posibles que podrían ser creadas dentro de los fenómenos astrofísicos, como las explosiones de supernovas o las fusiones de estrellas de neutrones.

En tales situaciones extremas,  se crea un exceso de neutrones, y muchos de ellos serán capturados por los núcleos atómicos, creando nuevos nucleidos. A menudo sucederá un proceso llamado desintegración beta, en el cual un neutrón se convierte en un protón, liberando un electrón y una minúscula partícula llamada neutrino. Esto permite la creación no sólo de isótopos más pesados de elementos ya existentes, sino de nuevos elementos más pesados ​​con más protones por átomo. De hecho, la mayoría de los elementos más pesados ​​que el hierro que se hayan encontrado en el universo fueron creados en las supernovas.

Los hallazgos del equipo podrían ponerse en práctica cuando abran una nueva instalación, llamada Facility for Rare Isotope Beams (FRIB), alrededor de 2020, en la Universidad estatal de Michigan. El proyecto está diseñado para sintetizar muchos de los núcleos radiactivos de enlace débil que están predichos, pero que nunca han sido vistos, con el objetivo de mapear algunos de los territorios inexplorados del paisaje nuclear.

Los científicos esperan que FRIB sea capaz de crear nuevos elementos, es decir, núcleos con más de 118 protones, además de nuevos isótopos de elementos conocidos.

A la pregunta “¿cuántos nuevos elementos podemos crear? La respuesta de Nazarewicz es clara, “aún no lo sabemos".

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