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Un equipo internacional de investigadores, liderado por científicos españoles, ha estudiado la respuesta del núcleo exótico de berilio-11 (que solo vive 14 segundos) frente a un campo eléctrico intenso generado por núcleos de oro. Mediante complejos cálculos de mecánica cuántica se ha analizado este sistema de tres cuerpos, constituido por un corazón de berilio-10, el oro y un neutrón que forma un característico halo.
El berilio es un elemento químico que aparece en la naturaleza con un núcleo formado por 4 protones y 5 neutrones. Sin embargo, en aceleradores puede producirse un berilio exótico, berilio-11 (11Be), que sólo vive unos 14 segundos. Su núcleo tiene 4 protones y 7 neutrones, el último de los cuales forma un halo.
El neutrón del halo se encuentra muy separado de los demás, orbitando como si de un satélite se tratase, mientras que el resto de los protones y neutrones forman un sistema compacto de berilio-10 (10Be), llamado corazón.
Los núcleos halo tienen propiedades fascinantes. Son más grandes que los núcleos normales, son más fáciles de romper, y son más fáciles de distorsionar. Para estudiar este comportamiento especial de los núcleos con halo, se han realizado experimentos de fragmentación, en los cuales se envían estos núcleos a energías muy altas, para chocar con diversos blancos y se estudian los fragmentos producidos. No obstante, estos experimentos de fuerza bruta no permiten mostrar las sutiles características de la danza del neutrón del halo en torno al corazón.
Una colaboración internacional, liderada por el Instituto de Estructura de la Materia del CSIC, el Centro Nacional de Aceleradores (CNA), la Universidad de Sevilla y la Universidad de Huelva, ha estudiado los núcleos halo desde una perspectiva diferente. Los experimentos han sido realizados en las instalaciones canadienses de TRIUMF (Canada's National Laboratory for Particle and Nuclear Physics and Accelerator-based Science).
Los núcleos halo, como el berilio-11, a energías relativamente bajas, se hacen colisionar suavemente con núcleos pesados como el oro. El núcleo genera un campo eléctrico intenso, que separa al neutrón del halo del corazón.
Esto da lugar a una distorsión del núcleo halo durante la colisión, que puede llevar a la ruptura del núcleo, a su paso a un estado excitado, o a su vuelta al estado inicial. Estas tres posibilidades pueden determinarse experimentalmente, utilizando un complejo sistema de detectores, que permiten identificar las partículas cargadas que salen de la colisión, así como los fotones (partículas de luz) que se producen por la desexcitación de los núcleos producidos.
Cálculos de mecánica cuántica
Los resultados experimentales que se han obtenido se explican mediante cálculos mecánico cuánticos muy sofisticados, que consideran el movimiento del sistema cuántico de tres cuerpos constituido por el núcleo de oro, el corazón de 10Be, y el neutrón. Durante la colisión, el campo eléctrico intenso distorsiona el núcleo de 11Be, separando un neutrón del corazón de 10Be. Este corazón está fuertemente deformado, lo cual afecta de forma muy significativa a su interacción con el neutrón.
Este trabajo ha sido publicado en la revista Physical Review Letters, donde además de los autores españoles, han participado otros de más de 20 centros de investigación y universidades distintas de Europa, EE.UU, Canadá, México y Sudáfrica.
Referencia bibliográfica:
V. Pesudo et al. "Scattering of the Halo Nucleus 11Be on 197Au at Energies around the Coulomb Barrier". Physical Review Letters 118 (152502) (2017). DOi: 10.1103/PhysRevLett.118.152502
