Una colaboración científica internacional, encabezada por el Instituto de Física Corpuscular (IFIC), un centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València (UV), ha realizado un descubrimiento que desafía uno de los principios fundamentales de la física nuclear conocido como “simetría de isospín”.
Este concepto es esencial para comprender por qué los protones y neutrones, las partículas que constituyen el núcleo atómico, presentan comportamientos similares a pesar de sus diferencias, como la carga eléctrica. La simetría de isospín sugiere que pares de núcleos denominados “núcleos espejo”, que tienen el mismo número total de protones y neutrones pero en posiciones intercambiadas, deberían compartir características cuánticas idénticas, especialmente en su estado fundamental.
No obstante, el reciente estudio ha revelado que esta simetría no se aplica en todos los casos. En particular, se ha observado que el núcleo del isótopo Kriptón-71 (71Kr) y su núcleo espejo, el Bromo-71 (71Br), presentan estados fundamentales diferentes a pesar de solo diferir en un protón y un neutrón. Este hallazgo pone de manifiesto una ruptura inesperada en la simetría de isospín entre núcleos tan cercanos. Los resultados han sido publicados en la prestigiosa revista Physical Review Letters.
Un Principio Fundamental Cuestionado
Desde la identificación del protón y el neutrón como componentes esenciales del núcleo atómico en el siglo XX, la física nuclear ha avanzado gracias a modelos cada vez más precisos. Una idea clave introducida por Werner Heisenberg y perfeccionada por Eugene Wigner, considera a protones y neutrones como dos estados diferentes de una misma partícula: el nucleón.
Esta concepción da lugar a la simetría de isospín, que predice que los núcleos espejo deben compartir propiedades cuánticas idénticas, especialmente en sus estados más estables. Sin embargo, el trabajo liderado por el IFIC demuestra que esto no siempre es cierto. En concreto, se ha evidenciado que el núcleo del Kriptón-71 tiene un estado fundamental distinto al del Bromo-71, contradiciendo las expectativas iniciales.
El Kriptón-71 y el Bromo-71 son considerados núcleos espejo debido a su intercambio en número de protones y neutrones: mientras que el Kriptón-71 cuenta con 36 protones y 35 neutrones, el Bromo-71 tiene 35 protones y 36 neutrones. Este estudio revela que la simetría de isospín se rompe ligeramente; estos núcleos no se comportan exactamente igual a pesar de su proximidad en composición. “Este es el primer caso documentado donde se rompe la simetría de isospín en núcleos espejo tan próximos”, explica Alejandro Algora, investigador del CSIC en el IFIC y autor principal del estudio.
Nuevas Perspectivas en Física Nuclear
El descubrimiento se basa en una sutil reorganización de los niveles energéticos dentro del núcleo atómico, lo cual ha sido explicado mediante cálculos teóricos utilizando el modelo de capas. Este modelo ayuda a entender cómo están organizados los protones y neutrones dentro del núcleo, similar a cómo los electrones se distribuyen alrededor del mismo.
El proyecto responsable de este hallazgo fue inicialmente concebido por un grupo investigador español e italiano y desarrollado dentro del marco colaborativo internacional en la instalación RIBF (RIKEN) en Japón, reconocida mundialmente por su capacidad para estudiar núcleos exóticos.
Dicho descubrimiento abre nuevas vías para futuras investigaciones. “Es posible explorar este tipo de rupturas en otros núcleos aún más exóticos”, afirma Algora. De hecho, este tema fue objeto de discusión reciente durante un workshop internacional organizado por el IFIC, donde se plantearon experimentos futuros relacionados con estas investigaciones. Así pues, “este hallazgo refuerza la posición del IFIC a la vanguardia de la física nuclear internacional”, concluye Algora.
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