El magnetismo oculto en los átomos podría explicar los misteriosos rayos gamma

Un enigma que ha intrigado a los científicos durante décadas ha sido el motivo por el cual ciertos núcleos atómicos emiten cantidades inesperadamente grandes de rayos gamma de baja energía. Un nuevo experimento realizado por el Facility for Rare Isotope Beams (FRIB), en colaboración con el Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), ha arrojado luz sobre este fenómeno, atribuyéndolo a cambios magnéticos dentro del núcleo, donde protones y neutrones efectivamente invierten sus pequeños imanes internos.

Los rayos gamma son una forma de radiación electromagnética, similar a la luz visible y a las ondas de radio, que se liberan cuando los núcleos atómicos excitados pierden energía y pasan a estados más estables durante la desintegración radiactiva.

Un misterio de rayos gamma de larga data

Durante años, los investigadores se han percatado de que algunos núcleos emiten un número sorprendentemente alto de rayos gamma de baja energía. Este efecto, conocido como "mejoramiento de baja energía", ha sido difícil de explicar, ya que no se presenta en todos los núcleos y los científicos no han logrado predecir de manera confiable dónde ocurrirá.

La autora principal del estudio, Eleanor Ronning, quien fue estudiante de posgrado en FRIB, comentó: "Este mejoramiento de baja energía no fue predicho por la teoría, por lo que fue un shock para la comunidad cuando se observó por primera vez. Es difícil predecir dónde ocurrirá; no sabemos qué núcleos lo exhibirán".

Los nuevos resultados proporcionaron evidencias sólidas de que las transiciones magnéticas dentro del núcleo son responsables de este efecto.

La co-líder del estudio, Andrea Richard, ex investigadora postdoctoral en LLNL y actual profesora asistente en la Ohio University, afirmó: "Este es un paso clave hacia adelante; ahora tenemos una explicación coherente que conecta las observaciones experimentales con la teoría".

Separando la desintegración nuclear eléctrica y magnética

Para investigar este misterio, los investigadores midieron los rayos gamma producidos durante la desintegración de un isótopo radiactivo de cobre al zinc. Los instrumentos y capacidades especializadas de FRIB permitieron al equipo separar dos estados de desintegración distintos y examinarlos individualmente.

En un estado, la desintegración involucró una transición eléctrica, donde los protones dentro del núcleo cambiaron de posición. En el segundo estado, se produjo una transición magnética, donde los neutrones y protones del núcleo esencialmente invirtieron sus imanes internos.

Solo la transición magnética produjo el mejoramiento de baja energía en los rayos gamma, lo que demostró que el fenómeno es de naturaleza magnética.

Ronning y Richard propusieron conjuntamente el experimento. Junto con el trabajo de Richard como investigadora postdoctoral, otros científicos de LLNL contribuyeron con su experiencia y ayudaron a monitorear el experimento continuamente durante la semana de ejecución, las 24 horas del día.

Implicaciones para la ciencia y la seguridad nuclear

Aunque el estudio se centró en un solo núcleo, los investigadores afirmaron que los hallazgos podrían mejorar los modelos nucleares en un rango mucho más amplio de elementos y reacciones. Darren Bleuel, autor y científico de LLNL, indicó: "Podemos mejorar el conocimiento sobre el rendimiento de nuestro arsenal y la interpretación de los resultados de programas de pruebas pasadas utilizando la teoría mejorada basada en estos descubrimientos. Además, podemos mejorar la forense nuclear, nuestra capacidad para determinar si ha ocurrido un evento nuclear e identificar la fuente más probable".

Los hallazgos también podrían ayudar a los científicos a modelar mejor las reacciones nucleares en estrellas, supernovas y fusiones de estrellas de neutrones, incluyendo las reacciones responsables de la creación de elementos pesados, al tiempo que mejoran la comprensión de procesos relevantes para la energía nuclear.

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