Primera Observación de un Núcleo Desintegrándose en Cuatro Partículas Después de la Desintegración Beta

Científicos han identificado un nuevo modo de descomposición radiactiva en oxígeno-13, donde se descompone en tres núcleos de helio, un protón y un positrón. Este descubrimiento fue posible gracias a una configuración experimental única en el Cyclotron Institute de la Universidad de Texas A&M, donde se monitoreó de cerca el proceso de descomposición del oxígeno-13.

Por primera vez, los científicos observaron que el oxígeno-13 experimenta una descomposición radiactiva única, produciendo tres núcleos de helio, un protón y un positrón, utilizando equipos avanzados en el Cyclotron Institute de la Universidad de Texas A&M.

No todo el material que nos rodea es estable. Algunos materiales pueden sufrir una descomposición radiactiva para formar isótopos más estables.

Los científicos ahora han observado un nuevo modo de descomposición por primera vez. En esta descomposición, una forma más ligera de oxígeno, el oxígeno-13 (con ocho protones y cinco neutrones), se descompone al descomponerse en tres núcleos de helio (un átomo sin los electrones circundantes), un protón y un positrón (la versión de antimateria de un electrón).

Los científicos observaron esta descomposición al observar la ruptura de un solo núcleo y medir los productos de la ruptura.

Los científicos previamente han observado modos interesantes de descomposición radiactiva siguiendo el proceso llamado descomposición beta-plus. Esto es cuando un protón se convierte en un neutrón y emite parte de la energía producida al emitir un positrón y un antineutrino. Después de esta descomposición beta inicial, el núcleo resultante puede tener suficiente energía para liberar partículas adicionales y volverse más estable.

Este nuevo modo de descomposición es la primera observación de tres núcleos de helio (partículas alfa) y un protón que se emite después de la descomposición beta. Los hallazgos pueden informar a los científicos sobre los procesos de descomposición y las propiedades del núcleo antes de la descomposición.

Imagen de partículas que han emergido del núcleo después de experimentar descomposición beta desde este nuevo modo de descomposición. El núcleo resultante se ha descompuesto en tres núcleos de helio (α) y un protón (p) que provienen de un solo punto de descomposición (círculo rojo). Crédito de imagen: Imagen cortesía de J. Bishop

En este experimento, los investigadores utilizaron un acelerador de partículas conocido como ciclotrón en el Cyclotron Institute de la Universidad de Texas A&M para producir un haz de núcleos radiactivos a altas energías (aproximadamente el 10% de la velocidad de la luz). Enviaron este haz de material radiactivo, oxígeno-13, a un equipo conocido como Cámara de Proyección Temporal Activa de Texas (TexAT TPC). El material se detiene dentro de este detector, que está lleno de gas dióxido de carbono, y se descompone después de aproximadamente diez milisegundos al emitir un positrón y un neutrino (descomposición beta-plus).

Implantando el oxígeno-13 en el detector un núcleo a la vez y esperando a que se descomponga, los investigadores midieron cualquier partícula que se libere después de la descomposición beta utilizando el TexAT TPC. Luego, analizaron los datos con un programa de computadora para identificar las trayectorias que las partículas dejan en el gas. Esto les permitió identificar los eventos raros (que ocurren solo una vez cada 1,200 descomposiciones) como aquellos en los que se emiten las cuatro partículas siguientes a la descomposición beta.