En un salto extraordinario para la física nuclear, investigadores en la fábrica de haces RI de RIKEN (RIBF) en Japón han logrado detectar un raro isótopo de flúor conocido como 30F. Este descubrimiento innovador, posible gracias a las capacidades avanzadas del espectrómetro SAMURAI, promete aportar luz sobre la enigmática naturaleza de las estructuras nucleares y podría poner a prueba diversos marcos teóricos en la física. El esfuerzo colaborativo conocido como la colaboración SAMURAI21-NeuLAND reunió a un extenso equipo de físicos de RIKEN, GSI-FAIR y TU Darmstadt, entre otras instituciones de investigación prominentes en todo el mundo.
El objetivo de esta investigación colaborativa fue investigar no solo las propiedades espectroscópicas del recientemente identificado isótopo 30F, sino también su energía de separación de neutrones, métricas cruciales para entender los principios subyacentes de las interacciones nucleares. Los hallazgos preliminares, recientemente publicados en la prestigiosa revista *Physical Review Letters*, sugieren comportamientos intrigantes en isótopos como 29F y 28O, indicando la posible presencia de un estado superfluido, una fase novedosa de la materia que desafía los paradigmas convencionales de la estructura nuclear.
Los esfuerzos del equipo de investigación estuvieron en gran medida guiados por el objetivo de sondear lo que se conoce como «números mágicos» en la física nuclear: configuraciones nucleónicas específicas que conducen a una estabilidad mejorada en los núcleos atómicos. Tradicionalmente, se espera que haya una gran brecha de energía en un número de neutrones de N=20; sin embargo, este estudio expone una fractura en esta creencia de larga data. «Estamos navegando las fronteras de los núcleos ricos en neutrones en el gráfico nuclear,» observó Julian Kahlbow, el autor principal del estudio.
A medida que los investigadores profundizaban en sus resultados experimentales, abordaron las complejidades que rodean lo que se ha denominado «Isla de Inversión,» un fenómeno extraño donde las brechas de energía esperadas colapsan, provocando cambios drásticos en la estabilidad. Este fenómeno es particularmente evidente al comparar el neón rico en neutrones y los isótopos más pesados, con el 30F situado en un área repleta de ambigüedad. Kahlbow enfatizó el desafío de estudiar el 30F, ya que posee una existencia fugaz de apenas 10-20 segundos, complicando los esfuerzos de medición directa.
No obstante, el equipo adoptó un enfoque innovador, reconstruyendo la masa de este elusivo isótopo a través de la cuidadosa observación de los productos de descomposición; específicamente, las emisiones de 29F y un solo neutrón. Esta metodología ingeniosa ha proporcionado nuevos conocimientos sobre las interacciones nucleares y sus implicaciones para los marcos teóricos existentes.
El viaje hacia la comprensión del 30F comenzó con la generación de un haz de iones de alta velocidad compuesto por 31Ne, facilitado por el separador de fragmentos BigRIPS en RIBF. Al dirigir este haz hacia una fuente de hidrógeno líquido, los investigadores buscaron el propósito mayor de extraer 30F de las reacciones resultantes. La configuración requirió precisión y experiencia, con una impresionante colaboración internacional de más de 80 científicos contribuyendo con su conocimiento y habilidades para ejecutar el experimento con éxito.
Un instrumento integral en el proceso de medición fue NeuLAND, un detector de neutrones de última generación que fue crucial para rastrear los elusivos productos de descomposición. Este aparato subrayó la necesidad de tecnología avanzada en la investigación nuclear contemporánea, demostrando cómo las innovaciones en técnicas de detección y medición pueden cerrar las brechas en nuestra comprensión de isótopos inestables.
Al analizar el momento de las partículas emitidas, el equipo reconstruyó el espectro energético del 30F, un logro que reveló características críticas, incluida su estado de resonancia. Los hallazgos del equipo SAMURAI21/NeuLAND pueden abrir nuevas avenidas para estudiar isótopos exóticos, particularmente dentro del contexto de 28O y sus anomalías estructurales. Kahlbow y sus colaboradores proponen que estos isótopos podrían existir en un estado superfluido de materia nuclear, donde los neutrones en exceso podrían emparejarse e interactuar de maneras que resuenan con características comúnmente asociadas con los condensados de Bose-Einstein.
Si bien la noción de superfluidez está bien documentada en otros rangos de isótopos, como los isótopos de estaño más pesados, su posible manifestación en las cercanías de núcleos inestables como 29F y 30F presenta un campo pionero de estudio. Kahlbow articuló la importancia de entender este comportamiento superfluido, no solo para avanzar en la teoría nuclear, sino también por su posible resonancia en contextos astrofísicos, como el modelado de estrellas de neutrones donde las interacciones de emparejamiento entre neutrones son un aspecto crítico de la estabilidad.
Avanzando, la colaboración SAMURAI21/NeuLAND planea investigar más a fondo las correlaciones de neutrones dentro de estos isótopos para consolidar la comprensión de la superfluidez en este territorio de la física nuclear en gran parte inexplorado. A medida que los investigadores continúan empujando los límites de lo que se conoce sobre ambientes ricos en neutrones y sus estructuras relacionadas, nuevas investigaciones experimentales prometen iluminar los principios fundamentales que rigen la materia nuclear, un ámbito donde muchas preguntas siguen sin respuesta, pero que son más relevantes que nunca.
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