FÍSICA

La piel del núcleo atómico es más fina de lo que se creía

Un equipo de investigadores consigue medir con precisión la capa externa de un núcleo, constituida fundamentalmente por neutrones. El resultado indica que la piel de neutrones tiene sólo 0,15 fm de grosor, la mitad de los que se creía hasta ahora.

Representación del núcleo atómico
Representación del núcleo atómico Wikimedia Commons

Cuando hablamos de cosas muy pequeñas que no podemos ver tendemos a imaginarlas de alguna forma. Así, por ejemplo, todas las representaciones del átomo y su estructura (electrones, protones y neutrones) se suelen realizar usando esferas. Pero, también es cierto que, si bien se conserva esa geometría para las partículas, no se hace para el núcleo en su conjunto, que se suele presentar como una agrupación compacta de las esferas que representan a protones y neutrones. Esto hace que el exterior del modelo del núcleo sea irregular y muy definido. Sin embargo, una investigación llevada a cabo por un equipo de investigadores de las colaboraciones Crystal Ball y A2 trabajando en MAMI, llega a la conclusión que la “piel” del núcleo es muy suave y nada definida, un halo. Los resultados se publican en Physical Review Letters.

Los núcleos pesados suelen tener una capa externa constituida fundamentalmente por neutrones. Los físicos han medido esta capa, llamada “piel de neutrones”, usando la dispersión de partículas masivas tras el bombardeo de dianas nucleares. En esta ocasión se han usado fotones por primera vez para determinar el espesor y la “rugosidad” de la piel de neutrones del núcleo de plomo 208.

El experimento permite conocer mejor las interacciones fuertes

La piel de neutrones aparece porque la distribución de los neutrones se extiende radialmente más que la de protones. El interés en determinar cómo difieren estas distribuciones estriba en que permitiría conocer mejor las complejas interacciones fuertes que mantienen unido al núcleo, así como estructuras mucho más exóticas como las estrellas de neutrones.

La distribución de protones se ha medido con precisión usando dispersión de electrones, pero la de neutrones ha probado ser mucho más difícil de observar debido, entre otras cosas, a la ausencia de carga eléctrica. Los experimentos realizados hasta ahora han hallado un valor del orden de 0,33 fm (fentómetros, cada uno es una millonésima de nanómetro) bombardeando núcleos con protones, mesones pi (piones) y otras partículas masivas como electrones de más de 1 GeV (giga electrón-voltio).

Los fotones tienen la ventaja sobre otras formas de bombardeo de que pueden penetrar más profundamente y dar más información de la estructura interna. Las colaboraciones Crystal Ball y A2 del Microtron de Mainz (MAMI), Alemania, han disparado un haz de fotones con energías del orden de cientos de mega electronvoltios a una diana que contenía núcleos de plomo-208. Los detectores recogieron los resultados de esas colisiones y de este conjunto de datos los investigadores extrajeron aquellos que correspondían a la creación de un mesón pi tras una colisión fotón-nucleón (un nucleón es una de las partículas del núcleo, protón o neutrón). El análisis de los ángulos de emisión de estos mesones pi llevó a la conclusión de que la piel de neutrones tiene sólo 0,15 fm de grosor, la mitad de los que se creía hasta ahora, pero que cuadra bien con algunas estimaciones teóricas.

Otro dato llamativo es que la densidad de neutrones cae radialmente más despacio que la de protones. Esto ya permite descartar algunos modelos de la estructura nuclear. 

Referencia: C. M. Tarbert et al. (Crystal Ball at MAMI and A2 Collaboration) (2014) Neutron Skin of Pb208 from Coherent Pion Photoproduction Phys. Rev. Lett. 112, 242502

* Este artículo es parte de ‘Proxima’, una colaboración semanal de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV con Next. Para saber más, no dejes de visitar el Cuaderno de Cultura Científica.


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