Los más estable isótopos contienen ligeramente más neutrones que protones, lo cual equilibra la fuerza de repulsión entre los protones de igual carga. Para obtener más información acerca de una forma importante de nucleosíntesis astrofísica, la generación de nuevos isótopos y sus elementos en las estrellas, los físicos nucleares están interesados en crear y estudiar isótopos muy ricos en neutrones que están lejos de este equilibrio estable. Sin embargo, esto no se puede hacer en el laboratorio.
la figura muestra los pasos en una forma clave de nucleosíntesis que únicamente ocurre en las explosiones de estrellas ,cuando un neutrón (esferita azul en la parte izquierda) es capturado por el elemento niobio (Nb122),el se convierte en un protón dentro del estado intermedio (Nb123) antes de la desintegración a molibdeno (Mo123) trás emitir un electrón (esferita verde parte derecha).Crédito.2011 RIKEN.
La mitad de los elementos más pesados que el hierro se cree que se producen sólo en el ambiente denso y caliente de la explosión de una estrella por el "proceso de captura rápida de neutrones llamada "proceso r", en el cual un núcleo semilla -por lo general un elemento ligero captura neutrones rápidamente antes que ellos puedan desintegrarse hacia la estabilidad. El proceso r continúa hasta que el núcleo llega a un llamado "punto de espera" en la que el núcleo sufre del decaimiento beta de tal manera que un neutrón se convierte en un protón, un electrón es emitido y otro neutrón puede ser capturado (ver fig ). Esta serie de capturas y emisiones continúa hasta que un isótopo estable se alcanza.
Dado que la densidad de neutrones y la energía necesaria para que la nucleosíntesis a través del proceso r se produzca son tan extremas, los físicos todavía están tratando de reconstruir una imagen completa de su trayectoria. Con este fin, simulan el proceso, utilizando las masas de isótopos relevantes y la vida –media como datos, y luego prueban el resultado de las simulaciones en contra de la abundancia real de los isótopos.
Una falta de información sobre muchos de los isótopos ricos en neutrones que pueden existir en el camino del proceso r significa que las simulaciones han sobre o subestimado la abundancia de los isótopos del producto final. Usando las mediciones del RIBF, el equipo RIKEN está llenando la información clave que falta la cual es necesaria para simular el proceso r. Las mediciones incluyen la vida media de isótopos ricos en neutrones del criptón, estroncio, itrio, circonio, niobio, molibdeno y el tecnecio, que se encuentran cerca de la ruta del proceso r.
"Nuestros resultados proporcionan los primeros indicios de por qué se observa una mayor abundancia de ciertos isótopos-en particular los de la región de masa pesada –de lo que predice la teoría", dice Nishimura.
En el transcurso de un experimento de ocho horas, el equipo clasificó los fragmentos producidos por la colisión de un haz relativista de iones de uranio tras chocar con un blanco de berilio. Los fragmentos fueron identificados, ya que pasaron por dos fases del separador “BigRIPS” del RIBF, la segunda de ellas contenía imanes superconductores que ordenaban los elementos por masa y carga.Finalmente, un detector de silicio altamente especializado, que avisa cuando se ha implantado con un isótopo particular y el tiempo que transcurre hasta que este isótopo emite un electrón (a través de la desintegración beta), permitió al equipo para determinar las “vidas medias” de los isótopos .
Los raros isótopos ricos en neutrones creados en las colisiones suelen sobrevivir durante menos de una décima de segundo. La instalaciones del RIBF, sin embargo, tiene la más alta intensidad del haz de uranio del mundo y un separador en la vanguardia para discriminar isótopos de vida corta, que lo hacen un lugar único en su tipo para estas mediciones.
Antes de los experimentos en el RIBF, los físicos nucleares se basaban en los modelos teóricos para determinar las masas y la vida media de muchos de los isótopos a lo largo de la trayectoria del proceso r. La ironía es que sin datos disponibles, la precisión de estos modelos no podía ser probado. Un componente clave del trabajo de Nishimura y sus colegas,fue por lo tanto la comparación de sus tasas de desintegración medidas con las predichas por varios modelos utilizados."Antes de nuestro trabajo, no estaba claro qué modelo se debería utilizar", dijo Nishimura.
En particular, el equipo demostró que dos modelos los llamados KTUY + GT2 y el FRDM + GT2 predijeron la medición de la vida media de los isótopos bastante bien, mientras que el modelo llamado FROM + QRPA predijo vidas medias que fueron, en algunos casos, diez veces más o menos de lo que el equipo RIKEN observó.
"Sólo mediante la medición de muchos isótopos de una manera sistemática podría decirnos que modelo está equivocado, al menos cuando el número total de protones y neutrones es de alrededor de 115", dijo Nishimura.
Esta nueva visión puede explicar por qué anteriores simulaciones del proceso-r basadas en ciertos modelos han subestimado la abundancia de elementos más pesados. Por ejemplo, un modelo que sobrestima la vida media de los núcleos que contribuyen al proceso r sobrestimará el tiempo para que el proceso r se produzca. Los datos del equipo sugieren que una vez que el núcleo semilla llega a un punto de espera, se desintegra con bastante rapidez, alcanzando raramente el tamaño necesario para producir un isótopo más pesado.
Las importantes nuevas mediciones son aún "una pequeña pieza del rompecabezas global de cómo los elementos como el oro y el uranio se crean", dice Nishimura.Utilizando las capacidades únicas del RIBF, el equipo tiene previsto continuar sus mediciones-mediante la realización del experimento durante largos períodos de tiempos usándo un haz de más alta intensidad de los iones de uranio.
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fuente de la información:
http://www.physorg.com/news/2011-05-importance-fundamental.html
