Un sofisticado modelo informático penetra en el núcleo atómico del plomo y descubre cómo la fuerza nuclear fuerte no solo mantiene unidas a las partículas, sino también la integridad de las estrellas de neutrones. Nos acerca al descubrimiento de cómo se forman el oro y el platino en el universo.
Se cree que las estrellas de neutrones masivas que chocan en el espacio pueden crear metales preciosos como el oro y el platino. Las propiedades de estas estrellas siguen siendo un enigma, pero la respuesta puede estar debajo de la piel de uno de los bloques de construcción más pequeños de la Tierra: el núcleo atómico del plomo.
Lograr que el núcleo del átomo de plomo revele los secretos de la fuerza nuclear fuerte que gobierna el interior de las estrellas de neutrones es una tarea tecnológicamente muy complicada.
Fuerza nuclear fuerte
Sin embargo, un nuevo modelo informático desarrollado en la Universidad Tecnológica de Chalmers (Suecia), desvela cómo la fuerza nuclear fuerte mantiene la integridad de las estrellas de neutrones, así como la consistencia de las partículas, de los protones y los neutrones, presentes en un núcleo atómico.
El modelo hace predicciones de alta precisión sobre las propiedades del isótopo plomo-208 (que tiene 126 neutrones y 82 protones) y de su “piel de neutrones”, que es la capa externa de los núcleos pesados, constituida fundamentalmente por neutrones. Este modelo mejora el conocimiento sobre los mecanismos de la fuerza nuclear fuerte, aseguran sus creadores.
El nuevo modelo puede evaluar diferentes suposiciones sobre la fuerza nuclear fuerte y, potencialmente, hacer pronósticos para otros núcleos atómicos, aseguran los investigadores.
Misma física
Destacan que, a pesar de la enorme diferencia de tamaño entre un núcleo atómico microscópico y una estrella de neutrones, cuyo diámetro puede ser de unos 20 kilómetros, ambos elementos de la naturaleza están gobernados por la misma física, cuyo denominador común es la fuerza nuclear fuerte.
La fuerza nuclear fuerte es fundamental en el universo, pero es difícil de incluir en los modelos computacionales, sobre todo cuando se trata de núcleos atómicos pesados ricos en neutrones, como es el caso del plomo.
Para conseguirlo se precisan no solo observaciones directas que se realizan, bien en laboratorio (para el caso de los núcleos atómicos), bien con telescopios (para las estrellas de neutrones, que se mueven en los límites de la física), sino también simulaciones teóricas fiables, que es lo que aporta la nueva investigación.
Simulaciones rigurosas
Su modelo puede realizar esas simulaciones rigurosas sobre el elemento estable más pesado, asegura Andreas Ekström, profesor asociado del Departamento de Física de Chalmers y uno de los principales autores del artículo publicado al respecto en la revista Nature Physics.
El nuevo modelo computacional de Chalmers, desarrollado junto con colegas en Norteamérica e Inglaterra, permite hacer predicciones de alta precisión de las propiedades del isótopo plomo-208 y de su piel de neutrones, cuyo grosor está relacionado con las propiedades de la fuerza nuclear fuerte.
El modelo predice que la piel de neutrones del isótopo plomo 208 es sorprendentemente delgada, lo que da una pista inédita sobre cómo funciona la fuerza nuclear fuerte en los núcleos atómicos.
Modelo testado
Para desarrollar el nuevo modelo computacional, los investigadores combinaron teorías previas con datos existentes de estudios experimentales. Luego, los cálculos complejos se combinaron con un método estadístico utilizado anteriormente para simular la posible propagación del coronavirus.
Con el nuevo modelo, es posible evaluar diferentes supuestos sobre la fuerza nuclear fuerte e incluso hacer predicciones para otros núcleos atómicos, desde el más ligero hasta el más pesado, aseguran los investigadores.
El avance podría conducir a modelos mucho más precisos de cómo se forman las estrellas de neutrones y sobre cómo se comporta la fuerza nuclear fuerte, tanto en el interior de las estrellas de neutrones como en los núcleos atómicos.
Incluso nos sitúa a un paso de comprender cómo el oro y otros elementos como el platino podrían crearse en las estrellas de neutrones, concluyen los investigadores.
Referencia
Ab initio predictions link the neutron skin of 208Pb to nuclear forces. Baishan Hu et al. Nature Physics, volume 18, pages 1196–1200 (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41567-022-01715-8
