Un equipo de físicos consigue calcular con precisión la velocidad a la que se producen las más complejas reacciones nucleares

La ilustración muestra cómo dos núcleos intercambian protones y neutrones para tratar de igualar la carga durante una colisión - Cedric Simenel, ANU
Un zeptosegundo no es una unidad de tiempo de esas que utilizamos a diario. De hecho, se trata de un intervalo tan pequeño que queda reservado a complejas y rapidísimas reacciones entre partículas subatómicas. Un zeptosegundo, en efecto, es la mil trillonésima parte de un segundo (10^-21 segundos). O dicho de otro modo, en un solo segundo hay mil trillones de zeptosegundos.

Y ahora, un equipo de físicos australianos y estadounidenses han sido capaces, por primera vez, de calcular con exactitud la velocidad a la que suceden las reacciones nucleares más complejas. Y descubrieron que son realmente rápidas, tanto como para medirlas en zeptosegundos.
El logro, recién publicado en Physical Review Letters, forma parte de un proyecto mayor con el que los investigadores quieren calcular modelos detallados de los flujos de energía que tienen lugar durante las colisiones nucleares.

Utilizando supercomputadoras en Australia y Estados Unidos, Cedric Simenel, de la Universidad Nacional de Australia (ANU), junto a Kyle Godbey y Sait Umar, de la Universidad Vanderbilt en Nashville, modelaron 13 pares de núcleos atómicos y calcularon un total de 600 colisiones entre ellos. En algunos casos, las partículas en colisión se pegaban, pero en otras rebotan o se adherían brevemente (durante algunos zeptosegundos) antes de separarse.

Varios procesos en un instante mínimo

Por increíble que parezca, ese brevísimo lapso de tiempo de «unión» era suficiente para que tuvieran lugar varios procesos diferentes. Primero, los protones y neutrones de los núcleos se intercambiaban entre los fragmentos recién unidos, para igualar su número. Conocido como «equilibrio de carga», los cálculos mostraron que este es, precisamente, el proceso más rápido de todos. De hecho, apenas tardó un zeptosegundo en completarse.

En una escala de tiempo similar, la energía cinética (el movimiento) de los núcleos y su momento angular (la rotación) se convirtieron en calor interno, un proceso conocido como «disipación».

Sin embargo, los físicos también midieron un tercer proceso que resultó ser mucho más lento que los otros. Se trata del «equilibrio de masa», en el que la forma cambia a medida que los protones y los neutrones fluyen del fragmento más grande al más pequeño. El tiempo que les llevó hacerlo fue hasta 20 veces más lento que los otros mecanismos descritos.

Según Simenel «esto indica que el proceso de equilibrio de masa es impulsado por un mecanismo diferente y que tiene poco que ver con los demás procesos».
Tiempo universal

El investigador añade que fue toda una sorpresa comprobar, además, que los tiempos que requiere el equilibrio de masa son exactamente los mismos sin importar el tamaño de los núcleos. «El tiempo -explica- es universal, y será el mismo si estamos colisionando un átomo de uranio con uno de carbono, uno hierro con uno de plomo o uno de calcio con uno de zinc».

Según autores del artículo, una característica de sus cálculos es que se pueden comparar con cantidades experimentales medibles y concretas, lo que sugiere que podrían ayudar para agregar nuevos elementos a la tabla periódica.

De hecho, las escalas de tiempo observadas determinan la forma en que los científicos pueden imaginar la secuencia de procesos a medida que dos núcleos pesados avanzan hacia el equilibrio durante las reacciones nucleares de síntesis entre ellos. Lo cual será de gran ayuda para crear y estudiar las propiedades de nuevos elementos sintéticos. Un gran paso, pues, para la Ciencia.

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