Aprender sobre las partículas cargadas permite a los físicos simular la creación de elementos en las estrellas
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[Créditos de la imagen: Sebastian König] |
Recientes investigaciones de la
Universidad Estatal de Carolina del Norte y de la Universidad Estatal de
Michigan abren camino para el modelado de reacciones nucleares de baja energía,
las cuales son clave para formación de elementos dentro de las estrellas. La
investigación establece las bases para calcular la forma en que interactúan los
nucleones cuando las partículas se encuentran eléctricamente cargadas.
Esta públicación aparece en Physical Review Letters.
Predecir la forma en la que los núcleos atómicos
(grupos de protones y neutrones los cuales, en conjunto, son llamados
nucleones) se combinan para formar núcleos compuestos más grandes es un paso
fundamental para entender cómo se forman dentro de las estrellas.
Debido a que las interacciones
nucleares relevantes son muy difíciles de medir de manera experimental, los
físicos utilizan redes numéricas para simular estos sistemas. Las redes finitas utilizadas en aquellas simulaciones numéricas
actúan básicamente como una caja imaginaria que rodea a un grupo de nucleones.
Esto permite a los físicos calcular las propiedades de un núcleo formado a
partir de estas partículas.
Pero tales simulaciones, hasta
ahora, carecen de un método para predecir las propiedades que gobiernan las
reacciones de baja energía que involucran a grupos cargados que surgen de
múltiples protones. Esto es importante ya que estas reacciones de baja energía
son vitales para la formación de elementos dentro de las estrellas, entre otras
cosas.
«Mientras que la “fuerza nuclear
fuerte” une a protones y electrones en el núcleo atómico, la repulsión
electromagnética entre los protones desempeña un papel importante dentro de la
dinámica y estructura general del núcleo», comenta Sebastian König, asistente
del profesor de física de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y del
autor correspondiente de la investigación.
«Esta fuerza es particularmente
fuerte durante las energías más bajas, donde muchos procesos que sintetizan los
elementos que componen el mundo que conocemos, ocurren», dice König. «Pero es
complicado para la teoría poder predecir estas interacciones».
Por lo tanto, König y sus colegas
decidieron trabajar en reversa. Su enfoque se centra en
el resultado final de las reacciones dentro de una red (el núcleo
compuesto) y luego se retrocede para descubrir las propiedades y energías
involucradas en la reacción.
«No estamos calculando las
reacciones en sí, más bien, estamos observando la estructura del producto
final», indica König. «A medida que cambiamos el tamaño de “la caja”, las
simulaciones y los resultados también cambiarán. A partir de esta información,
podemos realmente extraer los parámetros que determinan qué es lo que pasa
cuando estas partículas cargadas interactúan».
«Derivar la fórmula fue
inesperadamente difícil», comenta Hang Yu, estudiante de postgrado de la
Universidad Estatal de Carolina del Norte y el primer autor de este trabajo,
«pero el resultado final es precioso y tiene aplicaciones importantes».
A partir de esta información el
equipo desarrolló una fórmula que probó en contraste con los cálculos de
referencia, los cuales son evaluaciones hechas a través de métodos
tradicionales para asegurar que los resultados eran precisos y estaban listos
para ser utilizados en aplicaciones futuras.
«Este es el trabajo preliminar que nos
indica cómo analizar una simulación para extraer la información necesaria para
mejorar las predicciones de las reacciones
nucleares», comenta König. «El cosmos es
gigantesco, pero para entenderlo debes echarle un vistazo a sus componentes más
pequeños. Lo que estamos haciendo aquí, es enfocarnos en los detalles pequeños
para fundamentar mejor nuestros análisis del panorama completo».
El estudiante de postgrado de la
Universidad Estatal de Carolina del Norte, Hang Yu, es el primer autor del
trabajo. Dean Lee, profesor de física y jefe del departamento de ciencia
nuclear teórica en la Instalación de Rayos de Isótopos Raros en la Universidad
Estatal de Michigan, es un coautor en este trabajo. Lee pertenecía a la
Universidad Estatal de Carolina del Norte y permanece como profesor adjunto de
física en la misma.
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