Nuevo isótopo superpesado revela la compleja relación entre los efectos cuánticos y la fisión

30 de junio de 2025 característica

por Tejasri Gururaj, Phys.org

colaborador escritor

editado por Sadie Harley, revisado por Robert Egan

editor científico

editor asociado

Este artículo ha sido revisado de acuerdo con el proceso editorial y las políticas de Science X. Los editores han destacado las siguientes características mientras se aseguraba la credibilidad del contenido:

verificado por hechos

publicación revisada por pares

fuentes confiables

corregido

En un estudio publicado en Physical Review Letters, científicos del GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung han descubierto un nuevo isótopo superpesado, 257Sg (seaborgio), cuyas propiedades están proporcionando nuevas ideas sobre la estabilidad nuclear y fisión en los elementos más pesados.

Los elementos superpesados existen en un delicado equilibrio entre la fuerza nuclear atractiva que une protones y neutrones y la fuerza electromagnética repulsiva que empuja a los protones con carga positiva.

Sin efectos de capas cuánticas, análogos a las capas electrónicas en los átomos, estos núcleos masivos se dividirían en menos de un billonésimo de segundo.

Phys.org habló con los coautores Dr. Pavol Mosat y Dr. J. Khuyagbaatar del GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Alemania, sobre su trabajo.

El estudio revela nuestra incompleta comprensión de cómo se comportan los núcleos atómicos más extremos, con los resultados que sugieren que los efectos cuánticos que evitan que los núcleos superpesados se desintegren instantáneamente podrían operar de manera diferente a lo que se creía anteriormente.

El equipo de investigación internacional utilizó el separador de retroceso TASCA lleno de gas de GSI para crear 257Sg a través de reacciones de fusión entre cromo-52 y núcleos de plomo-206.

Descubrieron que el nuevo isótopo vive durante 12.6 milisegundos, más que su vecino par-par 258Sg, y se desintegra a través de fisión espontánea y emisión de partículas alfa.

La vía de descomposición alfa resultó especialmente reveladora. Cuando 257Sg emite una partícula alfa, se transforma en 253Rf (rutherfordio), que luego experimenta fisión después de solo 11 microsegundos.

Esta observación apoya hallazgos recientes que han cuestionado la comprensión tradicional de cómo el momento angular afecta la fisión. Mientras se esperaba que los números cuánticos K más altos proporcionaran una mayor dificultad de fisión, datos emergentes sugieren que esta relación puede ser más compleja de lo que se creía anteriormente.

'Estudiamos los isótopos 257Sg y 253Rf y encontramos que, en general, los números cuánticos K realmente obstaculizan la fisión', dijo Mosat. 'Sin embargo, el valor absoluto de los obstáculos aún es desconocido'.

Tal vez aún más significativo fue el descubrimiento del primer estado K-isomérico en un isótopo de seaborgio. Los isómeros K son configuraciones nucleares especiales con un alto momento angular que resisten la fisión mucho más efectivamente que los estados nucleares ordinarios.

En 259Sg, los investigadores detectaron una señal de electrones de conversión que apareció 40 microsegundos después de la formación nuclear, una fuerte evidencia de un estado K-isomérico que podría ser estable contra la fisión cientos de veces más tiempo que el estado base.

'Los estados isoméricos K ya se han observado en núcleos superpesados como 252-257Rf y 270Ds,' señaló Khuyagbaatar. 'Observamos K-isómero exclusivamente en núcleos con 106 protones, es decir, en los isótopos de Sg por primera vez'.

Este hallazgo llena una brecha crucial en la comprensión de los elementos superpesados por parte de los científicos y podría tener profundas implicaciones para los futuros esfuerzos de descubrimiento de elementos.

Los científicos llevan mucho tiempo buscando la teórica 'isla de estabilidad', una región donde ciertos núcleos superpesados podrían existir durante largos períodos debido a efectos favorables de capas. Sin embargo, los nuevos hallazgos sugieren que este paisaje puede ser más complejo de lo anticipado.

'Puede pasar que el núcleo superpesado, por ejemplo, un isótopo de un elemento aún no descubierto, pueda vivir menos de 1 μs [microsegundo],' explicó Khuyagbaatar.

'Si es así, entonces el descubrimiento del elemento 120 probablemente enfrentará desafíos de separación y detección. Sin embargo, si existe un estado isomérico K en este núcleo, podría vivir más tiempo, como demostramos recientemente con 252Rf'.

Los investigadores estiman que el aún no descubierto 256Sg podría tener una vida media dramáticamente más corta de lo que las predicciones teóricas sugieren, pudiendo disminuir de los 6 microsegundos predichos a solo un nanosegundo.

Una desviación tan significativa en la estabilidad representaría una nueva e importante perspectiva en física nuclear.

Descubra lo último en ciencia, tecnología y espacio con más de 100,000 suscriptores que confían en Phys.org para obtener ideas diarias. Regístrese en nuestra boletín gratuito y obtenga actualizaciones sobre avances, innovaciones e investigaciones que importan, ya sea diaria o semanalmente.

El logro experimental requirió superar desafíos técnicos significativos. Trabajar con núcleos que existen durante apenas milisegundos exigía sistemas de detección extraordinariamente rápidos y un cronometraje preciso. 'En el caso de los núcleos de corta duración, es muy importante tener un separador de longitud relativamente corta y, más crucialmente, tener electrónica digital rápida que pueda desentrañar señales de desintegración radioactiva hasta aproximadamente 100 ns', explicó Khuyagbaatar. El equipo desarrolló electrónica digital especializada en GSI que ha resultado crucial para múltiples descubrimientos de elementos superpesados. El próximo objetivo del equipo es sintetizar 256Sg para probar si la disminución dramática de la estabilidad predicha realmente ocurre. 'De hecho, intentaremos explorar otros casos de estados K-isoméricos de larga duración en núcleos superpesados', dijo Mosat. 'En cuanto al tema actual, nuestro plan más próximo será intentar sintetizar el próximo desconocido 256Sg'. Escrito para ti por nuestra autora Tejasri Gururaj, editado por Sadie Harley, y verificado y revisado por Robert Egan, este artículo es el resultado de un cuidadoso trabajo humano. Dependemos de lectores como tú para mantener vivo el periodismo científico independiente. Si esta información es importante para ti, considera hacer una donación (especialmente mensual). Obtendrás una cuenta sin publicidad como agradecimiento. Más información: P. Mosat et al, Sondeando los efectos de capa en la fisión: El nuevo núcleo superpesado 257Sg, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/s7hr-y7zq Información del diario: Physical Review Letters © 2025 Science X Network