El núcleo atómico es un hueso duro de roer. La fuerte interacción entre los protones y los neutrones que lo componen depende de muchas cantidades, y estas partículas, conocidas colectivamente como nucleones, están sujetas no solo a las fuerzas de dos cuerpos sino también a las de tres cuerpos. Estas y otras características hacen que el modelado teórico de los núcleos atómicos sea una tarea desafiante.
En las últimas décadas, sin embargo, los cálculos teóricos ab initio, que intentan describir los núcleos a partir de los primeros principios, han comenzado a cambiar nuestra comprensión de los núcleos. Estos cálculos requieren menos suposiciones que los modelos nucleares tradicionales y tienen un mayor poder predictivo. Dicho esto, debido a que hasta ahora solo se pueden usar para predecir las propiedades de los núcleos hasta una determinada masa atómica, no siempre se pueden comparar con los llamados cálculos DFT, que también son fundamentales y poderosos y existen desde hace más tiempo. Tal comparación es esencial para construir un modelo nuclear que sea aplicable en todos los ámbitos.
En un artículo recién publicado en Physical Review Letters, un equipo internacional de las instalaciones ISOLDE del CERN muestra cómo una combinación única de datos experimentales de alta calidad y varios cálculos de física nuclear ab initio y DFT ha dado como resultado una excelente concordancia entre los diferentes cálculos, como así como entre los datos y los cálculos.
“Nuestro estudio demuestra que la teoría nuclear de precisión a partir de los primeros principios ya no es un sueño”, dice Stephan Malbrunot del CERN, el primer autor del artículo. “En nuestro trabajo, los cálculos concuerdan entre sí, así como con nuestros datos ISOLDE sobre núcleos de níquel, con una pequeña incertidumbre teórica”.
Usando un conjunto de métodos experimentales en ISOLDE, incluida una técnica para detectar la luz emitida por átomos de vida corta cuando se les aplica luz láser, Malbrunot y sus colegas determinaron los radios (de carga) de una gama de núcleos de níquel de vida corta, que tienen el mismo número de protones, 28, pero diferente número de neutrones. Estos 28 protones llenan una capa completa dentro del núcleo, lo que da como resultado núcleos que están más fuertemente unidos y son más estables que sus vecinos nucleares. Tales núcleos “mágicos” son excelentes casos de prueba para las teorías nucleares y, en términos de su radio, los núcleos de níquel son los últimos núcleos mágicos inexplorados que tienen una masa dentro de la región de masa en la que se pueden realizar cálculos ab initio y DFT.
Al comparar los datos de radios ISOLDE con tres cálculos ab initio y un cálculo DFT, los investigadores encontraron que los cálculos concuerdan con los datos, así como entre sí, dentro de una incertidumbre teórica de una parte en cien.
“Un acuerdo a este nivel de precisión demuestra que eventualmente será posible construir un modelo que sea aplicable en todo el diagrama de núcleos”, dice Malbrunot.
