Durante tres meses en 2019, los físicos soplaron un haz de electrones sobre átomos de plomo que se mantenían en su lugar mediante chips hechos de diamantes. El equipo estaba tratando de determinar el grosor de la piel de neutrones, la envoltura de neutrones con carga neutra que rodea a los protones con carga positiva en el núcleo del átomo de plomo. Ellos triunfaron.
El tamaño de la piel de neutrones del plomo es -208 0,28 un femtómetro – 0,28 billones de partes de un milímetro – el equipo determinó un aumento en el grosor estimado de la piel en una décima parte de un femtómetro en comparación con los cálculos anteriores. Este es un gran cambio a escala atómica.
Kent Baschke, físico de la Universidad de Virginia y coautor del nuevo estudio, dijo en una llamada telefónica que hacer la medición era muy similar a «saber que tienes a este tigre por la cola». Fueron necesarios tres meses de intensas operaciones con láser, apagones y monitoreo del sistema las 24 horas del día. El equipo no estaba seguro de poder completar el trabajo en los tres meses que tenían. Pero al final, el maratón en la escala atómica mostró una medición precisa, que redefinió nuestra comprensión del tamaño de la piel de los neutrones.
Los cálculos anteriores de la flagelación se basaron en estimaciones y suposiciones aproximadas; Los investigadores esperan que esta nueva medición se convierta en un componente clave de futuras observaciones tanto a escala nuclear como estelar. Hicieron su trabajo en Se adjunta un acelerador de haz de electrones continuo En las instalaciones de Thomas Jefferson National Accelerator en Newport News, Virginia. La medición es la culminación de la segunda presentación del experimento Pb Radius, o PREX-II, y los resultados del equipo. Se publica hoy en Physical Review Letters.
«Esta medición es emocionante para el mundo porque mide este radio de neutrones con las suposiciones más bajas jamás realizadas», dijo en una videollamada el coautor del estudio Krishna Kumar, físico nuclear experimental de la Universidad de Massachusetts Amherst. «Para esto viven los científicos experimentales».
Al medir cómo los electrones con diferentes devanados se dispersaban desde los núcleos de plomo, el equipo pudo calcular el grosor de la piel del neutrón, una medida que había sido difícil de determinar anteriormente porque los neutrones no tenían carga eléctrica. Para dibujar un grano en el grosor de la piel de un neutrón, el equipo realizó mediciones utilizando la fuerza nuclear débil, en lugar de la fuerza electromagnética que los electrones y protones muestran fácilmente.
Se eligió este isótopo de plomo, el plomo 208, debido a su tamaño y estructura; Es el núcleo superestable más grande que conocen los físicos, y quizás lo más importante, es una doble «magia», lo que significa que tanto los protones como los neutrones llenan completamente su envoltura orbital.
«Pb-208 es particularmente útil porque se aproxima a un material nuclear unificado», dijo Bashaki. «Necesitas esas técnicas teóricas para describir cosas que son grandes y pesadas».
Ah, la física, el campo de los extremos. En este caso, examinar la piel de neutrones que rodea el núcleo de un átomo tiene implicaciones para comprender las estrellas de neutrones, los objetos más densos de nuestro universo junto con los agujeros negros. Las estrellas de neutrones son los núcleos que colapsan de estrellas muertas. Son tan densos que los expertos no están completamente seguros de cuál es su núcleo. es un Se ha sugerido Pueden ser la fuente de axones, un candidato para explicar la materia oscura.
Una estrella de neutrones es lo que queda después de que una estrella colapsa en una supernova, como la que se muestra aquí. (Foto: rayos X (NASA / CXC / ESO / F. Vogt et al); óptico (ESO / VLT / MUSE y NASA / STScI), uso justo)
«La presión del material de neutrones hace que la estrella de neutrones se enfrente a la gravedad y evita que colapse en un agujero negro», dijo en un correo electrónico el coautor del estudio Chuck Horowitz, astrofísico de la Universidad de Illinois. Encontramos una piel de neutrones relativamente gruesa en plomo. [lead]»Esto significa alta presión e indica que las estrellas de neutrones son relativamente grandes».
La esperanza para el grosor de la piel de neutrones de plomo es que los astrofísicos comprendan mejor las propiedades de las estrellas de neutrones. Las colisiones de estrellas de neutrones han sido observadas por las ondas gravitacionales generadas por las fusiones; Debido a que las estrellas de neutrones están densamente llenas de material nuclear, sus núcleos siguen siendo misteriosos: pueden albergar nueva física, en forma de nuevos estados de la materia. A veces, examinar los pequeños comportamientos de las partículas subatómicas puede decirle más sobre una estrella que solo mirarla a través de un telescopio.
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