Una colaboración científica internacional, encabezada por el Instituto de Física Corpuscular (IFIC), un centro conjunto 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 principio es crucial para entender por qué los protones y neutrones, las partículas que componen el núcleo atómico, presentan comportamientos similares a pesar de sus diferencias en propiedades, como la carga eléctrica. Según esta simetría, se esperaba que pares de núcleos denominados “núcleos espejo” —que tienen el mismo número total de protones y neutrones pero dispuestos de manera especular— compartieran características cuánticas idénticas, especialmente en su estado fundamental.
Un hallazgo inesperado
No obstante, el nuevo estudio ha revelado por primera vez que esta simetría no se cumple 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 indica una ruptura inesperada en la simetría de isospín entre núcleos tan cercanos. Los resultados han sido publicados en la prestigiosa revista Physical Review Letters.
Desde el siglo XX, cuando se identificaron el protón y el neutrón como los componentes básicos del núcleo atómico, la física nuclear ha avanzado con modelos cada vez más precisos. La idea introducida por Werner Heisenberg, y perfeccionada por Eugene Wigner, considera a protones y neutrones como dos estados de una misma partícula: el nucleón.
Cambio en la perspectiva nuclear
Esta concepción lleva a la simetría de isospín, que predice que los núcleos espejo deberían exhibir propiedades cuánticas idénticas, especialmente en sus estados fundamentales. Sin embargo, el trabajo liderado por el IFIC demuestra que esto no siempre ocurre. En concreto, se ha evidenciado que el núcleo del Kriptón-71 tiene un estado fundamental distinto al del Bromo-71.
El Kriptón-71 cuenta con 36 protones y 35 neutrones, mientras que el Bromo-71 tiene 35 protones y 36 neutrones. Este estudio muestra que la simetría de isospín presenta ligeras rupturas: estos núcleos espejo no se comportan exactamente igual a pesar de diferenciarse solo en un nucleón. “Este es el primer caso documentado donde se rompe la simetría de isospín en núcleos espejo tan próximos”, señala Alejandro Algora, investigador del CSIC en el IFIC y autor principal del estudio.
Nuevas oportunidades para la investigación
El descubrimiento se basa en una sutil reorganización de los niveles energéticos dentro del núcleo atómico, explicada mediante cálculos teóricos usando el modelo de capas. Este modelo ayuda a comprender cómo se organizan los protones y neutrones dentro del núcleo atómico.
El proyecto detrás de este notable hallazgo fue inicialmente concebido por un grupo investigador español e italiano y desarrollado en colaboración con la instalación RIBF de RIKEN (Japón), reconocida mundialmente por su capacidad para estudiar núcleos exóticos.
Dicho descubrimiento abre nuevas vías para futuras investigaciones. “Es posible considerar este tipo de rupturas en otros núcleos aún más exóticos”, afirma Algora. Este tema fue discutido recientemente en un workshop internacional organizado por el IFIC, donde se abordaron posibles experimentos futuros en la instalación RIBF. Así, “este hallazgo refuerza el papel del IFIC en la vanguardia de la física nuclear internacional”, concluye Algora.
CSIC Valencia / CSIC Comunicación
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