Shape coexisting intruder states in even Sn isotopes and their influence on the $B_{4/2}<1$ anomaly

En lo más profundo del corazón de cada átomo se encuentra un núcleo, un cúmulo denso de protones y neutrones que se comporta menos como una bola estática de arcilla y más como una gota de líquido que puede estirarse, comprimirse y vibrar. Durante décadas, los físicos han estudiado estos diminutos núcleos para comprender cómo se mantienen unidos y cómo cambian de forma. Uno de los enigmas más fascinantes en este campo involucra átomos que parecen existir en dos formas diferentes al mismo tiempo. Imagine un núcleo que puede ser perfectamente redondo, como una bola de billar, y luego estirarse repentinamente en una forma de balón de fútbol americano sin cambiar su número de partículas. Este fenómeno, conocido como coexistencia de formas, desafía nuestra comprensión de cómo la materia se organiza a las escalas más pequeñas. Los científicos se centran en una familia específica de átomos llamados isótopos de estaño porque ofrecen una cadena larga y estable de ejemplos donde estos cambios de forma pueden observarse y medirse. Al estudiar cómo estos átomos transitan entre sus diferentes formas, los investigadores esperan descubrir las reglas fundamentales que gobiernan la estructura de toda la materia.

En un estudio reciente, un equipo de físicos dirigió su atención a un grupo específico de átomos de estaño, que van desde las versiones más ligeras con números de masa de 114 hasta las más pesadas con número de masa 122. Estaban particularmente interesados en una extraña anomalía reportada en algunos de estos átomos: una medición que sugería que el núcleo se comportaba de una manera que desafiaba las expectativas estándar. Específicamente, cuando estos átomos saltaban de un nivel de energía a otro, la probabilidad del salto no seguía el patrón suave visto en otros elementos. En cambio, los números caían por debajo de un umbral crítico, insinuando que la estructura interna del átomo estaba cambiando de manera más drástica de lo que nadie había predicho. Para resolver este misterio, los investigadores construyeron un modelo matemático que trata al núcleo no como una colección de partículas individuales, sino como un solo objeto moviéndose a través de un paisaje de energía. Imaginaron este paisaje como un valle con dos depresiones o pozos distintos. Un pozo representa una forma redonda y esférica, mientras que el otro representa una forma estirada y deformada. El núcleo puede asentarse en cualquiera de los dos pozos, o puede existir en un estado que es una mezcla de ambos.

Los investigadores utilizaron este paisaje de doble pozo para simular el comportamiento de los átomos de estaño, ajustando la forma del valle para ver si podían reproducir los niveles de energía reales medidos en los laboratorios. Descubrieron que, al sintonizar cuidadosamente la profundidad y el ancho de estos dos pozos, su modelo podía coincidir con precisión con los datos experimentales de los diferentes isótopos de estaño. Las simulaciones revelaron que los átomos más ligeros y más pesados del grupo, como aquellos con números de masa 114 y 122, se comportan de manera muy diferente a los del medio. En los átomos más ligeros, el núcleo comienza con una forma casi redonda pero, a medida que gana energía y gira más rápido, experimenta un cambio repentino y dramático hacia una forma altamente estirada. Este cambio abrupto de estructura significa que la onda que describe el estado redondo y la onda que describe el estado estirado no se superponen bien. Debido a que estas dos formas son tan diferentes, al átomo le cuesta realizar la transición entre ellas, lo que resulta en los valores de probabilidad inusualmente bajos que habían desconcertado a los científicos.

Para los átomos más pesados con números de masa 120 y 122, la situación es ligeramente diferente pero conduce a un resultado similar. Aquí, el núcleo existe en un estado donde las formas redonda y estirada son casi igualmente probables, creando una personalidad dividida donde el átomo está simultáneamente en dos configuraciones muy diferentes. Esta dualidad también interrumpe la transición entre los niveles de energía, haciendo que la probabilidad caiga cerca del mismo umbral bajo. Los átomos en el medio del grupo, con números de masa 116 y 118, muestran un comportamiento más mezclado donde las dos formas se fusionan más suavemente, evitando la caída brusca de la probabilidad. El estudio también analizó cómo estas formas se mezclan entre sí. En algunos casos, las configuraciones redonda y estirada permanecen distintas y separadas, un fenómeno conocido como coexistencia de formas sin mezcla. En otros casos, se mezclan. Los investigadores descubrieron que la forma específica en que estas formas se mezclan o se mantienen separadas es lo que determina la fuerza de las transiciones entre los niveles de energía.

Al lograr que su modelo coincidiera con los datos del mundo real, el equipo proporcionó una explicación clara para las mediciones anómalas. Demostraron que la extraña caída en la probabilidad de transición no es un error aleatorio o una señal de una teoría rota, sino una consecuencia directa de que el núcleo cambia su forma demasiado rápido o existe en dos formas conflictivas a la vez. El estudio confirma que los estados fundamentales de estos átomos de estaño son casi esféricos, mientras que sus estados excitados están bien deformados. La clave de la anomalía reside en el estado donde el átomo tiene el mayor espín en el grupo principal, el cual actúa como un puente entre los mundos redondo y estirado. Cuando este puente se construye sobre la base de dos formas muy diferentes, la conexión se vuelve débil y la probabilidad de transición cae. Este trabajo ofrece un mapa detallado de cómo evolucionan las formas nucleares a través de una cadena de elementos, mostrando que la arquitectura interna de un átomo puede cambiar drásticamente con solo añadir unas pocas partículas, remodelando nuestra comprensión de las fuerzas que mantienen unido al núcleo atómico.