La física nuclear, la rama de la ciencia que estudia los núcleos atómicos y sus componentes, se vio sacudida por un descubrimiento inesperado. Cuando se trata de isótopos, algunos principios se dan por sentado. El núcleo de un átomo está formado por nucleones, que a su vez están compuestos de protones y neutrones. El oxígeno, por ejemplo, siempre tiene 8 protones, pero el número de neutrones puede variar, dando lugar a diferentes isótopos. Hasta hace poco, el mayor número de neutrones observado en el isótopo de oxígeno era 18, para el oxígeno-26.
Ahora, un equipo dirigido por el físico nuclear Yosuke Kondo, del Instituto de Tecnología de Tokio, encontró dos isótopos de oxígeno que nunca antes habían sido vistos. Se trata del oxígeno-27 y oxígeno-28, con 19 y 20 neutrones respectivamente.
El trabajo se realizó en el centro de RIKEN Nishina, una instalación aceleradora de ciclotrones diseñada para producir isótopos inestables. Para producir nuevos isótopos de oxígeno, el equipo primero dirigió un haz de isótopos de calcio-48 a un objetivo de berilio. La colisión produjo muchos átomos más ligeros, incluido el flúor-29, un isótopo de flúor con 9 protones y 20 neutrones. Este flúor-29 fue aislado y bombardeado por un objetivo de hidrógeno líquido. El objetivo era eliminar un protón del flúor-29, convirtiéndolo en oxígeno-28.
Inesperadamente este isótopo se desintegra en muy poco tiempo, lo que contradice las predicciones basadas en la teoría de los números mágicos. Utilizando técnicas avanzadas de modelado, el equipo de científicos confirmó con un 98% de certeza que oxígeno-28 no es un núcleo acoplado.
Tanto 8 como 20 son números mágicos para protones y neutrones respectivamente, una propiedad que sugiere que el oxígeno-28 debería ser estable. El número total de cada uno depende de cómo cada nucleón agregado afecta la estabilidad de las cuotas de protones y neutrones llamadas capas.
Un número mágico en física nuclear es el número de nucleones que llenarán completamente una capa, con cada nueva distinguida de la anterior por una amplia brecha de energía. Un núcleo atómico con capas de protones y neutrones que contienen números mágicos de cada uno se conoce como doblemente mágico, y se espera que sea especialmente estable.
La mayor parte del oxígeno en la Tierra, incluido el aire que respiramos, es una forma doblemente mágica de oxígeno, oxígeno-16. Durante mucho tiempo se esperaba que el oxígeno-28 fuera el siguiente isótopo de oxígeno doblemente mágico después del oxígeno-16, pero la nueva investigación lo refuta.
Por lo tanto, este descubrimiento arrojó una sombra sobre la fiabilidad del concepto de número mágico. Si un isótopo con un número mágico de protones y neutrones no muestra la estabilidad esperada, ¿significa esto que la teoría en sí es incompleta o necesita ser revisada? Esta pregunta está en el centro del debate actual en la física nuclear, lo que lleva a los investigadores a revisar y profundizar su conocimiento de la estructura nuclear y las fuerzas que la gobiernan.
Una mayor comprensión de la capa de neutrones extrañamente no cerrada tendrá que esperar hasta que los investigadores puedan sondear el núcleo en un estado excitado de mayor energía. Otros métodos de formación de oxígeno-28 también podrían ser reveladores, aunque eso es mucho más difícil de realizar. Por ahora, los fascinantes y difíciles resultados del equipo revelan que los núcleos doblemente mágicos podrían ser mucho más complicados de lo que sabíamos.
