Las pistas magnéticas dentro de los núcleos atómicos ayudan a explicar cómo se forman los elementos en las estrellas

Los científicos han descubierto nuevas ideas sobre cómo se forman los elementos en las estrellas a través del descubrimiento de transiciones magnéticas dentro de los núcleos atómicos. Un equipo dirigido por el Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) ha identificado la fuente de un excedente inusual de rayos gamma de baja energía emitidos por el núcleo de zinc-70.

La investigación involucró una amplia colaboración internacional, reuniendo a expertos de 25 instituciones de los Estados Unidos, Canadá, Italia, Alemania, Noruega y Corea del Sur. Científicos de los principales laboratorios nacionales, incluidos el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, el Laboratorio Nacional Los Alamos, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y el Laboratorio Nacional Pacific Northwest, contribuyeron al estudio. El trabajo subraya la creciente sinergia entre la investigación fundamental y las aplicaciones prácticas, particularmente en áreas relacionadas con la seguridad nacional y la producción de energía. Los rayos gamma son fotones de alta energía liberados cuando los núcleos atómicos cambian de estados de energía más altos a estados de energía más bajos.

Estas emisiones se estudian utilizando el concepto de la función de fuerza de los rayos gamma, que describe la probabilidad de emisión de rayos gamma a energías específicas. Durante años, los físicos han notado una anomalía conocida como mejora de baja energía (LEE), un aumento inesperado en los rayos gamma de baja energía emitidos por ciertos núcleos. A pesar de una extensa investigación, el mecanismo exacto detrás de este fenómeno permaneció incierto. El último estudio demuestra que el LEE es impulsado principalmente por transiciones magnéticas en lugar de eléctricas. Las transiciones magnéticas implican cambios en la orientación de protones y neutrones dentro del núcleo, liberando rayos gamma como resultado.

Este hallazgo desafía las suposiciones anteriores y sugiere que las interacciones magnéticas juegan un papel más significativo en el comportamiento nuclear de lo que se pensaba anteriormente. Los resultados proporcionan un vínculo más claro entre los datos experimentales y los modelos teóricos, ofreciendo un marco sólido para estudios futuros. Las implicaciones de este descubrimiento se extienden más allá de la física nuclear en la astrofísica.

La modelación precisa de estos procesos es crucial para comprender los ciclos de vida de las estrellas y la distribución de los elementos químicos en todo el universo. Sin embargo, la medición de LEE presenta considerables desafíos técnicos. Las señales son débiles y fácilmente oscurecidas por la interferencia de fondo, lo que requiere instrumentación avanzada y técnicas analíticas refinadas. Durante la última década, los investigadores han trabajado incansablemente para refinar su capacidad de detectar e interpretar estos fenómenos sutiles. El avance descrito en el estudio reciente fue posible gracias al desarrollo de nuevas herramientas experimentales y métodos innovadores de análisis de datos, lo que marca un momento crucial en el campo.

La autora principal del estudio, Eleanor Ronning, enfatizó la importancia del descubrimiento. Como ex estudiante graduada de FRIB e actual investigadora postdoctoral en el Instituto Nacional de Física Nuclear en Padua, Italia, señaló que el LEE había sorprendido inicialmente a la comunidad científica. "Fue una especie de shock para la comunidad cuando se observó por primera vez", explicó.

"Ahora tenemos una explicación coherente que conecta las observaciones experimentales con la teoría", afirmó. "Esta alineación fortalece la base para una mayor exploración de la compleja interacción entre la estructura nuclear y los procesos astrofísicos".