Investigadores de la Universidad de Pekín en China han observado con éxito el estado esquivo 02+ del 8He, revelando una estructura de conglomerado novedosa con dos pares de neutrones fuertemente correlacionados. Este hallazgo proporciona información sobre estructuras nucleares exóticas y sus posibles implicaciones para comprender las estrellas de neutrones.
El modelo nuclear convencional en física propone una imagen de partícula única donde los nucleones, protones y neutrones se mueven de forma independiente dentro de un núcleo, formando una estructura de capas bien definida. Gobernados por un potencial medio creado por las fuerzas nucleares, los nucleones llenan niveles de energía o capas distintas, lo que lleva a una mayor estabilidad asociada con números mágicos. Sin embargo, este modelo, arraigado en la mecánica cuántica, encuentra limitaciones al abordar núcleos exóticos, especialmente aquellos que son ricos en neutrones y inestables. El profesor Zaihong Yang, autor principal del estudio, explicó la motivación del equipo a Phys.org: «Como físico nuclear, uno de nuestros objetivos principales es comprender cuál es la estructura del núcleo y cómo surge de las complejas interacciones nucleares entre los nucleones constituyentes».
De particular interés es la estructura de conglomerado similar a un condensado en el núcleo rico en neutrones 8He. El profesor Yang dijo: «Se ha predicho teóricamente un estado de conglomerado similar a un condensado compuesto por un alfa más dos conglomerados dineutrónicos en el núcleo rico en neutrones 8He, pero su observación experimental ha sido esquiva debido a la dificultad tanto en la producción como en la identificación de este estado de conglomerado exótico».
El estado de conglomerado mencionado se refiere a una configuración nuclear específica en el núcleo rico en neutrones 8He. En este estado, dos pares de neutrones fuertemente correlacionados, conocidos como conglomerados dineutrónicos, se combinan con un conglomerado alfa (cuatro núcleos de helio), formando lo que los investigadores describen como una «estructura de conglomerado similar a un condensado». Como analogía al condensado de Bose-Einstein (BEC, por sus siglas en inglés), un estado de la materia formado a temperaturas extremadamente bajas, la estructura de conglomerado 8He sugiere que los dos conglomerados dineutrónicos y el conglomerado alfa contribuyen colectivamente a la estructura nuclear.
Para observar el estado teorizado, el equipo de investigación llevó a cabo un experimento de dispersión nuclear en el Centro Nishina de RIKEN en Japón. Este experimento fue diseñado para analizar y examinar el estado de conglomerado teorizado dentro del 8He. Se enfocaron en características distintivas, que incluían la esquiva paridad de giro del estado de conglomerado, una considerable fuerza de transición monopolo isoescalar y la emisión de un par de neutrones fuertemente correlacionado. El profesor Yanlin Ye, segundo autor del estudio, explicó: «Junto con los cálculos teóricos de vanguardia, nuestros resultados proporcionan evidencia sólida de que los cuatro neutrones de valencia en el estado excitado 02+ del 8He pueden formar dos pares de neutrones fuertemente correlacionados (conglomerados dineutrónicos) y formar una estructura de conglomerado exótica similar a un condensado».
Este logro no solo valida predicciones teóricas, sino que también subraya la ingeniosidad requerida en el diseño experimental para navegar por las complejidades de la física nuclear. Además de esto, el profesor Yang dijo: «Una implicación inmediata de nuestro hallazgo es que los núcleos inestables que se encuentran en el límite de la estabilidad pueden exhibir estructuras exóticas que son distintas de las imágenes convencionales de partícula única o el modelo de capa, lo que requiere una mejora de las teorías de estructura nuclear».
Además, señaló: «Aunque el núcleo está compuesto esencialmente de nucleones fermiónicos (protones y neutrones), nuestros resultados muestran que la estructura de este estado 02+ sigue siendo bosónica, similar a un BEC, compuesta por dos conglomerados dineutrónicos y un conglomerado alfa».
El estado 02+ observado en el 8He tiene implicaciones más allá de la física nuclear y cuántica. Lleva una importancia profunda para nuestra comprensión de los fenómenos astrofísicos, específicamente el proceso de enfriamiento de las estrellas de neutrones y las anomalías en los púlsares. El Dr. Yang aclaró la posible relación entre el estado 02+ y las estrellas de neutrones. La estructura de conglomerado similar a un condensado observada se alinea con el inicio sugerido de la superfluidez de neutrones en el interior de las estrellas de neutrones. Este fenómeno es similar a la condensación de pares de Cooper de electrones en superconductores. «Si bien no podemos visitar una estrella de neutrones real para adquirir su materia densa y rica en neutrones, sus propiedades se pueden inferir a partir de experimentos con núcleos finitos en el laboratorio».
Conclusión
La conexión entre la física nuclear y la astrofísica no solo mejora nuestra comprensión de las estructuras nucleares exóticas, sino que también contribuye a desentrañar los misterios de los fenómenos cósmicos, arrojando luz sobre la compleja interacción entre el mundo microscópico de los núcleos y los reinos macroscópicos de las estrellas de neutrones y los púlsares. Los investigadores esperan extender las mediciones a otros núcleos ricos en neutrones que se encuentran alrededor de la línea de goteo de neutrones (el límite de existencia en el gráfico nuclear), con el objetivo de explorar cómo evoluciona la estructura de conglomerado similar a un condensado con más conglomerados dineutrónicos.
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