Uno de los principios que describen el núcleo del átomo, el corazón de la materia que forma todo lo que vemos en el universo, es la simetría de isospín. Este concepto supone que neutrones y protones, las dos partículas que forman el núcleo, se comportan de forma casi idéntica a pesar de tener características distintas. Ahora, una colaboración científica internacional liderada por el Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València (UV), ha realizado un sorprendente hallazgo que cuestiona este principio.
Los investigadores han observado que dos núcleos 'espejo', núcleos con el mismo número de protones y neutrones pero intercambiados, pueden tener estados fundamentales distintos, algo que atenta contra la simetría de isospín. Los resultados se publican en la principal revista de la Física, 'Physical Review Letters'.
Desde que en el siglo XX se identificaran el protón y el neutrón como los bloques fundamentales del núcleo atómico, la física nuclear ha evolucionado gracias al desarrollo de modelos cada vez más precisos. Una idea introducida por Werner Heisenberg y refinada por Eugene Wigner, muy útil tanto en física nuclear como en física de partículas, es considerar protones y neutrones como dos estados de una misma partícula, el nucleón.
Esta suposición conduce a la simetría de isospín, que predice que los núcleos espejo deberían compartir propiedades cuánticas idénticas, especialmente en sus estados de menor energía o estado fundamental, el modo 'natural' de un núcleo si no está excitado o perturbado por una interacción externa.
Sin embargo, el estudio liderado por el IFIC revela que esto no siempre es así. En concreto, ha observado que el núcleo del isótopo Kriptón-71 (71Kr) tiene un estado fundamental diferente al de su núcleo espejo, el Bromo-71 (71Br), pese a diferenciarse sólo en un nucleón. "Este es el primer caso documentado en el que se rompe la simetría de isospín en núcleos espejo tan próximos, donde sólo se intercambia un nucleón" explica Alejandro Algora, investigador del CSIC en el IFIC y autor principal del estudio.
OTRAS RUPTURAS EN NÚCLEOS MÁS EXÓTICOS
El hallazgo se basa en una sutil reorganización de los niveles de energía dentro del núcleo atómico, que el equipo de investigación ha podido explicar mediante cálculos teóricos usando el modelo de capas. En física nuclear, el modelo de capas es una forma de entender cómo se organizan y comportan los protones y neutrones dentro del núcleo del átomo. Al igual que los electrones se ordenan en capas alrededor del núcleo, los protones y neutrones también se agrupan en niveles o 'capas' dentro del núcleo, como los pisos en un edificio.
El proyecto que ha dado lugar a este sorprendente hallazgo, concebido inicialmente por un grupo de investigación de España e Italia, ha sido desarrollado en el marco de una amplia colaboración internacional en la instalación de haces radiactivos RIBF de RIKEN (Japón), una de las más avanzadas del mundo para el estudio de núcleos exóticos, núcleos radioactivos con una vida extremadamente corta.
Este descubrimiento abre nuevas posibilidades de investigación. "Es posible considerar este tipo de rupturas en otros núcleos aún más exóticos", afirma Algora en un comunicado.
De hecho, este tema se ha discutido recientemente en un workshop internacional organizado por el propio IFIC, donde se discutieron posibles futuros experimentos en la instalación de haces radioactivos de RIKEN. Así, "este hallazgo refuerza el papel del IFIC en la vanguardia de la física nuclear internacional", concluye el investigador del CSIC.
