ISOLDE descubre una desintegración nuclear inesperada

(Contribución de El neutrino al XIV Carnaval de la Física, organizado por Las historias eulerianas)

La investigación científica en el CERN (Laboratorio Europeo de Física de Partículas) no se limita al LHC. Hay también otros aceleradores, que alimentan otros experimentos para investigar temas tan interesantes como la estructura interna de los hadrones (partículas compuestas de quarks, como los protones y los neutrones), la interacción nuclear fuerte entre los quarks, la antimateria, la posible relación entre los rayos cósmicos y la formación de nubes, las partículas procedentes del Sol... Algunos de estos experimentos se llevan a cabo en ISOLDE (Separador isotópico de masas on-line), una fuente de haces de baja energía de isótopos radiactivos (núcleos atómicos inestables por tener demasiados o demasiado pocos neutrones) que puede producir más de mil isótopos diferentes de casi todos los elementos conocidos.

En ISOLDE, esos isótopos radiactivos se desintegran, y los núcleos resultantes de esa desintegración se recogen y estudian. Generalmente, esas desintegraciones nucleares son simétricas: Los dos fragmentos que se producen tienen aproximadamente el mismo tamaño. A veces se detectan desintegraciones asimétricas, pero en estos casos los fragmentos resultantes son lo que se llama "núcleos mágicos", núcleos que tienen un "número mágico" de protones o de neutrones, o de ambos. ¿Qué son los números mágicos? En los núcleos atómicos, los protones y los neutrones, cada uno por su lado, se distribuyen en "capas" (que no son realmente capas como las de una cebolla, sino estados de energía cada vez más alta). En cada una de esas capas cabe un número fijo de protones o neutrones; y los números mágicos corresponden a los núcleos en los que todas sus capas están llenas. Estos núcleos son especialmente estables frente a las desintegraciones nucleares, de forma análoga a lo que ocurre con los electrones en la tabla periódica de los elementos: los elementos con todas sus "capas" de electrones completas (los gases nobles) son especialmente estables frente a las reacciones químicas.

Pues bien, recientemente, en ISOLDE han estudiado la desintegración del mercurio-180, un núcleo inestable que contiene 80 protones y 100 neutrones. Los científicos esperaban que se desintegrase en dos núcleos de circonio-90, cada uno de ellos con 40 protones y 50 neutrones, ya que 50 es un número mágico. Pero no ha sido así. El mercurio-180 se desintegra en un núcleo de rutenio-100 (44 protones y 56 neutrones) y otro de kriptón-80 (36 protones y 44 neutrones).

Si algo aprendí de Física Nuclear en la Universidad, es que los cálculos involucrados son extremadamente complicados, y que casi ningún problema se puede resolver exactamente; para obtener resultados es necesario recurrir a aproximaciones y a modelos simplificados. En una desintegración nuclear no sólo hay que tener en cuenta el estado inicial y el estado final, sino todos los estados intermedios, en los que el núcleo original se deforma y se divide en dos, influenciado además por las fuerzas nucleares y electromagnéticas entre los protones y los neutrones que lo componen. De ahí que, como en este caso, a veces los experimentos nos den sorpresas.