Ciencias

Los físicos miden la piel de neutrones de un átomo de plomo

Elementos detectores primarios del proyecto PREX-II.

Elementos detectores primarios del proyecto PREX-II.
Imagen: La colaboración PREX

Durante tres meses en 2019, los físicos lanzaron un haz de electrones en átomos de plomo que se mantenían en su lugar mediante una hoja de diamante. El equipo estaba tratando de determinar el grosor del esquí de neutrones.norte, la vaina de neutrones con carga neutra que rodea los protones cargados positivamente en el núcleo de un átomo de plomo. They tuvo éxito.

La piel de neutrones de plomo-208 tiene un femtómetro de 0,28 (0,28 billonésimas de milímetro) determinado por el equipo, lo que aumenta el grosor de la piel estimado en una décima parte de un femtómetro en comparación con los cálculos anteriores. Es un gran cambio a escala atómica.

TésTomar la medida fue muy parecido a “saber que tienes a ese tigre por la cola”, dijo Kent Paschke, físico de la Universidad de Virginia y coautor del nuevo estudio, en una llamada telefónica. Tomó tres meses de intenso el láser funciona, resistiendo cortes de energía y monitoreo del sistema las 24 horas. El equipo no estaba seguro de poder completar el trabajo en los tres meses que recibieron. Pero al final del día, el maratón a escala atómica resultó en una medida exacta, que redefine nuestra comprender el tamaño del neutrón piel.

Cálculos previos para el piel rextraído de estimaciones y supuestos más crudos; los investigadores esperan que esta nueva medición se convierta en un componente clave para futuras observaciones a escalas nuclear y estelar. Hicieron su trabajo en Instalación de acelerador de haz de electrones continuo en la Instalación del Acelerador Nacional Thomas Jefferson en Newport News, Virginia. La medición es la culminación de la segunda versión del Experimento Pb Radius, o PREX-II, y los resultados del equipo se publican hoy en Physical Review Letters.

Chandan Ghosh preparó algunos de los detectores PREX-II.

Chandan Ghosh preparó algunos de los detectores PREX-II.
Imagen: La colaboración PREX

“Esta medición es emocionante para el científico porque hace una medición del radio de neutrones con el mínimo de suposiciones ya hechas”, dijo el estudiante.dos coautor Krishna Kumar, físico nuclear experimental de la Universidad de Massachusetts Amherst, en una videollamada. “Esto es ciencia experimentalntistas viven para. “

Al medir cómo se propagan los electrones de diferentes espines a través de los núcleos principales, el equipo pudo descubrir el grosor de la piel del neutrón, una medida que antes era difícil de determinar porque los neutrones no tienen carga eléctrica. Para dibujar una cuenta en el grosor de la piel del neutrón, el equipo tomó medidas utilizando la fuerza nuclear débil, en lugar de la fuerza electromagnética que los electrones y protones exhiben tan fácilmente.

Se eligió este isótopo de plomo específico, plomo-208, debido a su tamaño y estructura; es el núcleo superestable más grande que conocen los físicos y, quizás lo más importante, es doblemente “mágico”, lo que significa que sus protones y neutrones llenan completamente sus capas orbitales.

“El plomo-208 es particularmente útil porque se acerca a la materia nuclear uniforme”, dijo Paschke. “Necesitas estas técnicas teóricas para describir cosas grandes y pesadas”.

Ah, la física, un campo de extremos. En este caso, examinar la piel de los neutrones alrededor del núcleo de un átomo tiene implicaciones para comprender las estrellas de neutrones, los objetos más densos de nuestro universo, además de los agujeros negros. Las estrellas de neutrones son los núcleos colapsados ​​de estrellas muertas; son tan densos que los expertos no están seguros de cuál es su esencia. Eso es fue sugerido que pueden ser la fuente de axiones, un candidato para explicar la materia oscura.

Una estrella de neutrones es lo que queda después del colapso de una estrella en una supernova, como la que se muestra aquí.

Una estrella de neutrones es lo que queda después del colapso de una estrella en una supernova, como la que se muestra aquí.
Imagen: Rayos X (NASA / CXC / ESO / F.Vogt et al); Óptica (ESO / VLT / MUSE y NASA / STScI) (Uso justo)

“La presión de la materia de neutrones mantiene a una estrella de neutrones contra la gravedad y evita que se convierta en un agujero negro”, dijo el coautor del estudio Chuck Horowitz, astrofísico de la Universidad de Illinois, en un correo electrónico. “Encontramos una capa de neutrones relativamente gruesa en Pb [lead], y esto implica alta presión y sugiere que las estrellas de neutrones son relativamente grandes. “

La esperanza que se cierne sobre 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 fueron observadas por las ondas gravitacionales generadas por sus fusiones; Dado que las estrellas de neutrones son materia nuclear densamente empaquetada, sus núcleos siguen siendo enigmáticos: podrían albergar nueva física, en forma de nuevos estados de la materia. A veces, examinar el pequeño comportamiento de las partículas subatómicas puede decir más sobre una estrella que mirarla a través de un telescopio.

Más: Una estrella de neutrones típica tiene solo 13,6 millas de ancho, según la nueva medición ultraprecisa

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Prudencia Febo

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