Microscopic study of quasifission dynamics in hot fusion reactions for synthesizing superheavy nuclei with Z = 112-120
Este estudio emplea la teoría de Hartree-Fock dependiente del tiempo microscópica para analizar la dinámica de la cuasifisión en 18 reacciones de fusión caliente para la síntesis de núcleos superpesados (Z=112-120), revelando que los efectos de capa (específicamente la esfericidad de 208Pb y la deformación octupolar de Z=88/N=136) gobiernan la formación de fragmentos, mientras que los proyectiles más pesados aceleran la cuasifisión, explicando así las reducidas probabilidades de fusión observadas en los intentos de crear elementos Z=119 y Z=120.
Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo
En la búsqueda de comprender los límites mismos de la materia, los físicos intentan constantemente construir los átomos más pesados posibles. Estos elementos superpesados, que se encuentran en el extremo lejano de la tabla periódica, no existen naturalmente en la Tierra; deben ser creados artificialmente en laboratorios. Para fabricarlos, los científicos hacen chocar dos núcleos atómicos más pequeños a velocidades increíblemente altas, con la esperanza de que se fusionen en un único núcleo más pesado. Sin embargo, este proceso es notoriamente difícil. Cuando los dos núcleos colisionan, a menudo no logran pegarse. En lugar de fusionarse, se tocan por un instante fugaz y luego se separan inmediatamente de nuevo. Este modo específico de fallo, donde los núcleos interactúan brevemente pero se separan antes de formar un nuevo elemento, se conoce como cuasifisión. Es el principal obstáculo que impide a los científicos crear elementos más pesados que los actualmente conocidos, como el elemento con 118 protones. Comprender exactamente por qué y cómo ocurre esta separación es crucial para el siguiente paso en el viaje: la creación de los elementos 119 y 120.
Un equipo de investigadores en China ha realizado un vistazo profundo y microscópico a este proceso para ver qué está ocurriendo realmente dentro de la colisión. Utilizando potentes simulaciones por computadora basadas en las leyes de la mecánica cuántica, modelaron dieciocho tipos diferentes de colisiones diseñadas para crear núcleos superpesados. Se centraron en reacciones donde un núcleo proyectil más pequeño y de movimiento rápido golpea a un núcleo objetivo más grande y estacionario. Los investigadores estaban particularmente interesados en cómo la estructura interna de los núcleos influye en el resultado. Examinaron colisiones que involucraban diferentes tipos de proyectiles, incluyendo calcio, escandio, titanio, vanadio y cromo, todos dirigidos a la creación de elementos con entre 112 y 120 protones.
El estudio reveló que el resultado de estas colisiones no es aleatorio; está fuertemente guiado por las "capas" dentro del núcleo. Así como los electrones en un átomo se organizan en niveles de energía o capas específicas, los protones y neutrones dentro del núcleo también prefieren organizarse en ciertos grupos estables. Los investigadores descubrieron que en las colisiones utilizando proyectiles más ligeros como el calcio, el escandio, el titanio y el vanadio, el sistema tiene una fuerte tendencia a romperse de una manera que deja a uno de los fragmentos pareciéndose mucho al plomo-208. El plomo-208 es un núcleo particularmente estable porque sus protones y neutrones completan capas esféricas. Las simulaciones mostraron que los núcleos en colisión parecen "apuntar" hacia esta configuración estable, causando que el fragmento pesado se forme con un número específico de protones y neutrones que coinciden con esta estructura estable similar al plomo. Este comportamiento fue consistente en todas las reacciones que utilizaron estos proyectiles más ligeros, lo que sugiere que hay una regla universal en juego.
Sin embargo, la historia cambió cuando los investigadores utilizaron un proyectil más pesado: el cromo-54. En estas colisiones, la fuerza de guía era diferente. En lugar de formar un fragmento esférico similar al plomo, el sistema mostró una fuerte tendencia a producir un fragmento pesado que se asemeja al radio-224. Este núcleo similar al radio no es esférico; tiene una forma más parecida a una pera. Esta forma es causada por un tipo diferente de estabilidad interna, donde los protones y neutrones se asientan en capas deformadas de forma octupolar. Las simulaciones indicaron que cuando se utiliza el cromo-54, la dinámica de la colisión es impulsada por esta estabilidad con forma de pera, lo que conduce a un tipo distinto de cuasifisión que difiere fundamentalmente de las reacciones utilizando proyectiles más ligeros.
Más allá de la forma de los fragmentos, los investigadores también investigaron cuánto tiempo permanecen los dos núcleos en contacto antes de separarse. Encontraron una relación clara entre el peso del proyectil y la velocidad de la ruptura. A medida que el proyectil se volvía más pesado, pasando del calcio al titanio y luego al cromo, el tiempo que los núcleos pasaban tocándose se volvió significativamente más corto. Esto sucede porque los proyectiles más pesados transportan más carga eléctrica, creando una fuerza repulsiva más fuerte que empuja a los núcleos para separarse más rápidamente. Esta separación rápida deja menos tiempo para que los núcleos se fusionen completamente y se asienten en un nuevo elemento estable. Los investigadores sugieren que este tiempo de contacto acortado es una razón importante por la cual la tasa de éxito para la creación de nuevos elementos cae drásticamente cuando los científicos cambian de proyectiles de calcio a otros más pesados como el titanio o el cromo.
El estudio también observó cómo cambia el equilibrio de neutrones y protones durante estas colisiones. Encontraron que, a pesar de que los núcleos se separan muy rápido, logran compartir sus neutrones y protones entre sí de manera muy eficiente. Para cuando se separan, la diferencia en la relación de neutrones a protones entre los dos fragmentos es muy pequeña y constante en todas las diferentes reacciones estudiadas. Este hallazgo proporciona una restricción microscópica precisa que otros científicos pueden usar para construir mejores modelos de cómo funcionan estas reacciones.
En última instancia, este trabajo proporciona una imagen más clara de las fuerzas invisibles que dictan si un elemento superpesado nace o falla en formarse. Confirma que la estructura de capas interna de los núcleos actúa como un plano para la colisión, determinando si los fragmentos serán esféricos o con forma de pera. También destaca la barrera física creada por la repulsión eléctrica, que acelera el proceso de ruptura para los proyectiles más pesados. Estos conocimientos son vitales para el esfuerzo continuo de sintetizar los elementos 119 y 120. Al comprender exactamente qué combinaciones de proyectil y objetivo tienen probabilidades de éxito y por qué otras fallan, los científicos pueden tomar decisiones más informadas en sus experimentos, guiando potencialmente la próxima creación exitosa de un nuevo elemento en la tabla periódica.
¿Ahogado en artículos de tu campo?
Recibe resúmenes diarios de los artículos más novedosos que coincidan con tus palabras clave de investigación — con resúmenes técnicos, en tu idioma.