Números mágicos
Tres objetos estables: Tres objetos estables: la molécula C60 (
la molécula C60 (a laa la
izquierda
izquierda ), el taburete), el taburete
de tres patas (
de tres patas (centro centro ))
y un átomo cuyo y un átomo cuyo segundo nivel energé- segundo nivel energé- tico está lleno (
tico está lleno (a laa la
derecha derecha ).). X X X X Y Y Z Z Z Y Y ENERGIA 1p 1p 1s 1s
dor nacional de iones pesados, en Caen, en Francia), se han identificado los primeros núcleos de estaño 100 (50 protones y 50 neutrones). Este núcleo era buscado desde hacía varias dece- nas de años, porque es doblemente “mágico”.
Los números “mágicos” de la física nuclear son los números de protones o de neutrones que confieren al núcleo una gran estabilidad. Estos números son 2, 8, 20, 28, 50, 82 y 126 (véase el recuadro de la página 36). Los núcleos doblemente mágicos poseen un número mágico de protones y de neu- trones; son raros. Todavía más raros son los núcleos doblemente mágicos que poseen igual número de protones y de neutrones. Antes de que fuera sin- tetizado el estaño 100 sólo se conocían cuatro: el helio 4 (2 protones y dos neu- trones), el oxígeno 16 (8 protones y 8 neutrones), el calcio 40 (20 protones y 20 neutrones) y el níquel 56 (28 y 28). El estaño 100 es el quinto del género y el único en ser a la vez doblemente mágico y fuertemente exótico. La reu- nión de estas propiedades paradójicas apasiona a los físicos: ¿acaso la magia de los números (la estabilidad) preva- lece sobre el exotismo (el alejamiento de la estabilidad)?
Un acelerador “pesa”
Un acelerador “pesa”
los núcleos
los núcleos
U
na de las propiedades esenciales de un núcleo es su masa. En efecto, sabemos, desde que Einstein enunció su célebre fórmula E = mc2,
que la masa mide la energía de cohe- sión de los núcleos. Sin embargo, en el caso de objetos tan pequeños como los núcleos exóticos, producidos en canti- dades tan ínfimas como ellos, la medi- ción de su masa no es tarea fácil. Se han ideado, en consecuencia, diversos métodos. Uno de ellos consiste en medir la velocidad del núcleo, crono- metrándolo sobre un recorrido defi- nido, y desviarlo después mediante un potente campo magnético; para una velocidad (y carga) iguales, los núcleos más pesados experimentan menor desviación. Este método es poco pre- ciso, porque las distancias utilizables (o “longitudes de vuelo”) quedan limi- tadas a unas pocas decenas de metros, a causa del tamaño de los aparatos.
Un método nuevo se vale de un ciclo- trón, aparato que normalmente se uti- liza para acelerar partículas. Atrapa- dos por el campo magnético, los áto- mos inyectados en el ciclotrón efectúan varias vueltas, recorriendo así cente- nares de metros en el interior de la máquina. Los átomos más ligeros son
los más rápidos. Los tiempos de lle- gada de los átomos proporcionan, pues, una medida de su masa. Este importante aumento de la longitud de vuelo multiplica por diez la precisión de la medida de la velocidad de los iones y, por consiguiente, la de su masa.
La técnica anterior ha permitido la medición de las masas de núcleos exó-
ticos que poseen 100 nucleones, en la ve ci nd ad de l nú cl eo do bl em en te mágico del estaño 100. Estos iones exóticos son resultado de la fusión de núcleos de cromo 50 con otros de níquel 58: acelerados a una décima parte de la velocidad de la luz en el primer ciclotrón delGANILGANIL, los núcleos de cromo son proyectados sobre los de una “diana” de níquel. Los diversos
2. LOS PRIMEROS NUCLEOS DE ESTAÑO 100 identificados en
2. LOS PRIMEROS NUCLEOS DE ESTAÑO 100 identificados en elelGANILGANIL, gracias al, gracias al dispositivo esquematizado en la figura 4. Un haz de estaño 112 percute sobre una dispositivo esquematizado en la figura 4. Un haz de estaño 112 percute sobre una diana y diversos aparatos clasifican los átomos creados, para lo cual se mide la diana y diversos aparatos clasifican los átomos creados, para lo cual se mide la relación de su masa A (número de nucleones) a su carga Q (el valor de A/Q está en relación de su masa A (número de nucleones) a su carga Q (el valor de A/Q está en abscisas) y su número atómico Z, o número de protones (
abscisas) y su número atómico Z, o número de protones (en ordenadasen ordenadas). Las zonas). Las zonas coloreadas de estas cartas indican los núcleos detectados, desde los más raros ( coloreadas de estas cartas indican los núcleos detectados, desde los más raros (enen amarillo
amarillo) a los más abundantes () a los más abundantes (en violeta y en negroen violeta y en negro). Los núcleos se encuentran). Los núcleos se encuentran
distribuidos en bandas, porque las tres cantidades A, Q (la diferencia entre el nú- distribuidos en bandas, porque las tres cantidades A, Q (la diferencia entre el nú- mero de protones y el número de electrones) y Z son números enteros. Para la mero de protones y el número de electrones) y Z son números enteros. Para la identificación del estaño 100 se selecciona en la carta inferior (
identificación del estaño 100 se selecciona en la carta inferior (aa) la región corres-) la región corres- pondiente a los números atómicos cercanos 50; se cierra después la selección en pondiente a los números atómicos cercanos 50; se cierra después la selección en torno a este valor (
torno a este valor (bb). Una misma relación A/Q corresponde a valores de A y de io-). Una misma relación A/Q corresponde a valores de A y de io- nización diferentes; en una última etapa, los átomos son discriminados según su nización diferentes; en una última etapa, los átomos son discriminados según su masa A (
masa A (cc). De este modo se cuenta el número de isótopos del estaño y en concreto). De este modo se cuenta el número de isótopos del estaño y en concreto el que nos interesa, el estaño 100.
el que nos interesa, el estaño 100.
a b
c
RELACION DE MASA A CARGA A/Q RELACION DE MASA A CARGA A/Q
2 2,02 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 2,1 2,04 2,06 2,08 2,1 2,12 30 40 50 N U M E R O D E P R O T O N E S Z N U M E R O D E P R O T O N E S Z 46 48 52 50 N U M E R O D E I S O T O P O S D E T E C T A D O S 1 10 100 NUMERO MASICO A 100 102 104 100Sn48+ 102Sn49+ 104Sn50+
núcleos sintetizados a resultas de estas colisiones, como la plata 100, el cadmio 100, el indio 100 y el estaño 100, se inyectan acto seguido en el segundo ciclotrón. Las masas de estos núcleos son similares, lo que permite acelerarlos al mismo tiempo. Siendo conocidas las masas de la plata 100 y del cadmio 100, utilizamos sus valo- res para la calibración del método. Gracias a ello pudieron determinarse, por vez primera, las masas de los núcleos de indio 100 y de estaño 100.