Para estudiar el funcionamiento interno del núcleo de un átomo, los científicos tradicionalmente han confiado en sofisticados colisionadores de partículas para destruir los núcleos con electrones.
Estos colisionadores a menudo requieren grandes instalaciones, algunas de kilómetros de extensión, que puedan acelerar electrones a velocidades vertiginosas en busca de secretos dentro de los núcleos.
En un nuevo estudio, los investigadores sugieren una alternativa más simple y de menor escala. Recogieron datos del interior de los núcleos sin todo el alboroto, y en su lugar reclutaron los propios electrones de un átomo como “mensajeros” dentro de una molécula diatómica.
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Lo hicieron emparejando un átomo de radio con un átomo de fluoruro, formando una molécula de monofluoruro de radio. Aprovechando las propiedades del entorno intramolecular, crearon una especie de colisionador microscópico en el que los electrones del átomo de radio se infiltraron brevemente en su núcleo.
Esto permitió a los investigadores monitorear con precisión las energías de los electrones dentro de la molécula, lo que reveló un cambio de energía sutil. Evidentemente, los electrones estaban haciendo breves incursiones en el núcleo de radio e interactuando con su contenido.
Esto podría representar una forma novedosa de medir la distribución magnética de un núcleo, o cómo su disposición de protones y neutrones influye en sus propiedades magnéticas.
El nuevo estudio es un primer paso, señalan los investigadores, pero planean utilizar esta técnica para arrojar nueva luz sobre el núcleo de radio. Este tipo de conocimiento podría ayudar a resolver misterios clave de la física, como por qué el Universo parece contener mucha más materia que antimateria.
“Nuestros resultados sientan las bases para estudios posteriores destinados a medir violaciones de las simetrías fundamentales a nivel nuclear”, dice el físico del MIT coautor del estudio Ronald Fernando García Ruiz. “Esto podría proporcionar respuestas a algunas de las preguntas más urgentes de la física moderna”.
Los modelos actuales sugieren que el Universo bebé debió contener cantidades aproximadamente iguales de materia y antimateria, aunque esta última es sospechosamente rara. En cambio, hoy encontramos principalmente materia en el Universo, una aparente violación de la simetría esperada entre los dos.
frameborder=”0″ enable=”accelerómetro; reproducción automática; escritura en portapapeles; medios cifrados; giroscopio; imagen en imagen; compartir web” referrerpolicy=”origen-estricto-cuando-origen-cruzado” enablefullscreen>Los científicos sospechan que las respuestas se esconden dentro de ciertos núcleos atómicos, cuyas entrañas podrían contener pistas sobre la escasez de sus homólogos de antimateria.
El radio es un candidato ideal, explican los investigadores, debido a la forma de pera de su núcleo. La mayoría de los núcleos atómicos son esféricos; La arquitectura asimétrica del radio podría aumentar la observabilidad de violaciones de simetría fundamental.
“Se predice que el núcleo de radio será un amplificador de esta ruptura de simetría, porque su núcleo es asimétrico en carga y masa, lo cual es bastante inusual”, dice García Ruiz.
Sin embargo, sigue siendo un hueso duro de roer.
“El radio es naturalmente radiactivo, tiene una vida corta y actualmente sólo podemos producir moléculas de monofluoruro de radio en cantidades pequeñas”, dice el autor principal y físico Shane Wilkins, ex postdoctorado del MIT y ahora en la Universidad Estatal de Michigan. “Por lo tanto, necesitamos técnicas increíblemente sensibles para poder medirlos”.
La clave es incrustar un átomo de radio en una molécula, que contiene e intensifica las actividades de sus electrones, explica el coautor Silviu-Marian Udrescu, un físico de la Universidad Johns Hopkins quien contribuyó al estudio como estudiante de posgrado en el MIT.
“Cuando se coloca este átomo radiactivo dentro de una molécula, el campo eléctrico interno que experimentan sus electrones es órdenes de magnitud mayor en comparación con los campos que podemos producir y aplicar en un laboratorio”, dice Udrescu. “En cierto modo, la molécula actúa como un colisionador de partículas gigante y nos da una mejor oportunidad de sondear el núcleo del radio”.
Dentro del monofluoruro de radio, los electrones del átomo de radio estaban restringidos de una manera que aumentaba sus probabilidades de ingresar al núcleo. Los investigadores confinaron y enfriaron las moléculas y luego utilizaron láseres para medir las energías de los electrones en su interior.
Pequeños pero significativos cambios en los datos insinuaban aventuras dentro del núcleo.
“Hay muchos experimentos que miden las interacciones entre núcleos y electrones fuera del núcleo, y sabemos cómo son esas interacciones”, dice Wilkins.
“Cuando medimos estas energías de los electrones con mucha precisión, no resultó exactamente lo que esperábamos, suponiendo que interactuaran sólo fuera del núcleo”, añade. “Eso nos dijo que la diferencia debe deberse a las interacciones de los electrones dentro del núcleo”.
Este descubrimiento podría revolucionar nuestra capacidad para estudiar los núcleos atómicos, informan los investigadores. AAunque sabemos lo obstinadamente esquivas que pueden ser las partículas subatómicas; No revelan sus secretos fácilmente.
“Ahora tenemos pruebas de que podemos tomar muestras del interior del núcleo. Es como poder medir el campo eléctrico de una batería. La gente puede medir su campo en el exterior, pero medir el interior de la batería es mucho más difícil. Y eso es lo que podemos hacer ahora”, afirma García Ruiz.
“Se prevé que las moléculas que contienen radio son sistemas excepcionalmente sensibles para buscar violaciones de las simetrías fundamentales de la naturaleza”, añade. “Ahora tenemos una manera de llevar a cabo esa búsqueda”.
El estudio fue publicado en Science.