Nuevos Isótopos Conocidos. El Calcio Más Pesado

Investigadores de la Universidad Estatal de Michigan (MSU) y del Centro RIKEN Nishina de Japón han descubierto nuevos isótopos raros de los elementos fósforo, azufre, cloro, argón, potasio, escandio y, el más importante, calcio. Estos son los isótopos más pesados de dichos elementos jamás observados.

Los isótopos de corta vida sintetizados más interesantes durante un reciente experimento en el RIKEN son el calcio-59 y el calcio-60, que son los isótopos de calcio con más neutrones conocidos, es decir, los más pesados. El núcleo de calcio-60 tiene 20 protones y el doble de neutrones, teniendo así 12 neutrones más que el isótopo estable de calcio más pesado, el calcio-48. Dicho isótopo estable se desintegra tras vivir cientos de quintillones de años, o 40 trillones de veces la edad del universo. En contraste el calcio-60 vive durante unas pocas milésimas de segundo.

Oleg Tarasov, físico del National Supercoducting Cyclotron Laboratory (NSCL) del MSU, explica que probar la existencia de ciertos isótopos de elementos puede llevar a un mejor entendimiento científico de la fuerza nuclear, antigua misión en la ciencia nuclear. “En el corazón de un átomo, protones y neutrones se mantienen juntos por la fuerza nuclear, formando los núcleos atómicos. Los científicos siguen buscando que combinaciones de protones y neutrones pueden existir en la naturaleza, incluso si es sólo por fugaces fracciones de un segundo.”

Alexandra Gade, profesora del MSU y científica jefe del NSCL, está interesada en la comparación de los nuevos descubrimientos con los modelos nucleares. De alguna manera, estos modelos muestran imágenes del núcleo a diferentes resoluciones. “Algunos de estos modelos que describen el núcleo a la mayor resolución predicen que 20 protones y 40 neutrones no podrían estar juntos formando un Ca-60. El descubrimiento del calcio-60 estimulará a los científicos teóricos a identificar ingredientes que faltan en sus modelos.”

Dos de los otros nuevos isótopos, S-49 y Cl-52, tampoco estaba predicho que pudieran existir por los modelos de baja resolución. Sus ingredientes también se pueden redefinir ahora.

Crear e identificar nuevos isótopos es la versión de la física nuclear del clásico problema de encontrar una aguja en un pajar. Para sintetizar estos nuevos isótopos, investigadores han acelerado un intenso haz de partículas pesadas de zinc contra un bloque de berilio. En los “escombros”, resultados de la colisión, hay una minúscula probabilidad de que se forme un isótopo raro como el calcio-60. En el futuro es posible que se consiga formar calcio-68 o incluso calcio-70.

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La ilustración muestra un gráfico usado para identificar los diferentes núcleos producidos en la medida. Z es el número de protones y A/q es la relación entre el número de protones y neutrones (A) y la carga (q). Todos los núcleos a la derecha de la línea roja han sido observados por primera vez en esta medida.

Para más información:

O. B. Tarasov et al. Discovery of Ca60 and Implications For the Stability of Ca70, Physical Review Letters (2018)
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