Miden por primera vez de forma precisa la masa de un elemento químico más pesado que el uranio

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Sistemas de trampas magneticas con las que se ha medido la masa. Foto: G. Otto (GSI Darmstadt)

Hoy se ha presentado en Nature las primeras medidas de masa de forma directa de elementos más pesados que el uranio y que, por definición, no existen en la naturaleza, son sintéticos. El elemento empleado para las investigaciones ha sido el nobelio (denominado así en honor de Alfred Nobel), que se ha producido en reacciones de fusión-evaporación y transferido a una trampa de iones magnética (penning trap), donde es capturado y confinado en un espacio muy reducido (del orden de 1 cm3).

El estudio lo ha realizado el investigador Michael Block, del GSI de Darmstadt (Alemania), y sus colaboradores utilizando un espectrómetro de masas basado en ese tipo de trampas (denominado SHIPTRAP), único en el mundo en su género. Con este instrumento los científicos han capturado iones de tres isótopos de nobelio (con 102 protones y 150-152 neutrones) y medido sus masas de forma directa, con una precisión y exactitud sin precedentes.

“Los resultados proporcionan valores precisos de las energías de enlace, así como puntos de referencia para construir modelos teóricos. Y lo que es más importante, constituyen unos pilares firmes para deducir las masas de elementos todavía más pesados. Son un punto de acceso más cercano a elementos cuya búsqueda y estudio constituye uno de los grandes temas de la física nuclear moderna”, explica a SINC Daniel Rodríguez, físico del Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear (FAMN) de la UGR, que también ha participado en el estudio.

Rodríguez añade: “Es un gran logro poder acceder de forma precisa a una propiedad intrínseca de este tipo de elementos, lo que solo puede hacerse con la instalación del GSI, y abre el camino para otros casos y otros tipos de estudios, como las reacciones químicas”.

Hasta ahora, las masas de elementos más pesados que el uranio (su número de protones es 92) se deducían a partir de mediciones de los productos de su desintegración radioactiva, un método de medición indirecto que puede generar notables incertidumbres en el cálculo de las energías de enlace.

La masa de un núcleo atómico difiere de la de los protones y neutrones que lo forman en una cantidad equivalente a la fuerza de enlace nuclear, la energía que mantiene unido al núcleo. Esta es la energía que se libera en las reacciones nucleares y que determina la estabilidad de los núcleos atómicos. Los expertos consideran necesario un conocimiento preciso de las energías de enlace de los núcleos con más de 100 protones para acotar las predicciones de una “isla de estabilidad” en los elementos súper-pesados.

Estas “islas” es un concepto físico que hace relación a una “zona donde se espera que haya núcleos estables que no decaigan por fisión”, y se denominan así porque en ellas no hay núcleos que unan la isla a otros núcleos conocidos. Uno de los grandes temas de investigación en física nuclear es la síntesis de nuevos elementos en esa región de unión o puente.

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Referencia bibliográfica:

M. Block et al. “Direct mass measurements above uranium bridge the gap to the island of stability". Nature 463, 11 de febrero de 2010.