Físicos nucleares de la Universidad de Tennessee han realizado tres hallazgos clave sobre el proceso de captura rápida de neutrones que forma elementos pesados como el oro en eventos estelares. Su investigación, realizada en la instalación ISOLDE del CERN, aclara cómo decaen los núcleos atómicos inestables. Los resultados, publicados en Physical Review Letters, podrían refinar los modelos de formación de elementos en el universo.
Los elementos pesados como el oro y el platino se originan en eventos cósmicos extremos, como colisiones de estrellas, a través del proceso de captura rápida de neutrones, conocido como r-process. En esta reacción en cadena, los núcleos atómicos absorben neutrones rápidamente, volviéndose inestables y decaendo en formas estables. Los científicos han luchado durante mucho tiempo por detallar estas transformaciones nucleares, particularmente para isótopos raros y de vida corta. Un equipo de la Universidad de Tennessee, que incluye a los estudiantes de posgrado Peter Dyszel y Jacob Gouge, el profesor Robert Grzywacz, el profesor asociado Miguel Madurga y la investigadora asociada Monika Piersa-Silkowska, abordó esta laguna. Se basaron en el análisis de datos realizado por el profesor asistente de investigación Zhengyu Xu. Los experimentos utilizaron grandes cantidades del raro isótopo indio-134, producido y purificado en la Estación de Decaimiento ISOLDE del CERN. «Estos núcleos son difíciles de producir y requieren mucha tecnología nueva para sintetizarse en cantidades suficientes», explicó Grzywacz. El indio-134 decae en estados excitados de estaño-134, estaño-133 y estaño-132. Usando un detector especializado de neutrones construido en UT y financiado por la National Science Foundation, los investigadores lograron tres avances. Primero, midieron las energías de neutrones en la emisión beta-retrasada de dos neutrones por primera vez en un núcleo del r-process. «La emisión de dos neutrones es lo más importante», dijo Grzywacz, señalando el desafío de distinguir uno o dos neutrones debido a su comportamiento. Esto abre nuevas vías para estudiar núcleos exóticos. Segundo, observaron un estado de neutrón de partícula única predicho en el estaño-133, buscado durante 20 años. «La gente lo buscaba desde hace 20 años y lo encontramos», afirmó Grzywacz. Este estado actúa como un intermedio en la emisión de dos neutrones, mostrando que el núcleo retiene una «memoria» de su formación, desafiando la idea de un «núcleo amnésico». Tercero, el equipo encontró una población no estadística de este estado, desviándose de los patrones esperados en entornos de decaimiento más limpios. Grzywacz comparó los decaimientos típicos con una «sopa de guisantes partida», pero señaló que este caso no siguió ese patrón. Dyszel, autor principal del estudio de Jacksonville, Florida, se encargó de gran parte de la configuración experimental y el análisis de datos. Su trabajo destaca oportunidades para científicos en etapas iniciales de su carrera en física nuclear. Los hallazgos sugieren que los modelos actuales podrían necesitar actualizaciones para núcleos exóticos, mejorando las predicciones sobre la creación de elementos pesados.