¿Qué le sucede al berilio exótico cuando encuentra oro?

 

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, 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, llamado corazón (Figura 1).

 

 

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 CNA, la Universidad de Sevilla y la Universidad de Huelva, ha estudiado los núcleos halo desde una perspectiva diferente. Los núcleos halo, como 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.

 

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 prestigiosa revista Physical Review Letters, revista científica ubicada en la posición 10 según su índice H. En este estudio, han participado investigadores del CNA junto a científicos de más de 20 centros de investigación y universidades distintas de Europa, EE.UU, Canadá, México y Sudáfrica.

 

El Centro Nacional de Aceleradores es una ICTS de localización única que forma parte del Mapa de ICTS actualmente vigente, aprobado el 7 de octubre de 2014 por el Consejo de Política Científica, Tecnológica y de Innovación (CPCTI).

 

Referencia bibliográfica:
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