Un equip internacional liderat per l'Institut de Física Corpuscular (IFIC), que es troba en l'àrea científic-acadèmica del Parc Científic de la Universitat de València, a més de ser centre mixt del CSIC i la Universitat de València, ha aconseguit una fita en l'exploració de l'origen de la matèria de l'univers. Este equip ha mesurat, per primera vegada, les propietats de desintegració de 37 nuclis atòmics extremadament rars i fugaços, que només existixen durant fraccions de segon i no es troben de manera natural en la Terra. El treball, publicat en la prestigiosa revista Physical Review Letters, aporta nova informació per a desxifrar un dels grans enigmes de la física moderna: Com es formen els elements més pesats que el ferro?
La resposta a este enigma apunta a fenòmens extrems com la fusió d'estreles de neutrons, i el nou treball de l'IFIC proporciona dades crucials per a desenrotllar els models que descriuen eixe procés. Els 37 nuclis atòmics estudiats se situen en una regió inexplorada prop del níquel-78, peça clau per a entendre l'estructura dels nuclis atòmics pesats. Els elements més lleugers de l'univers, com l'hidrogen i l'heli, es van formar just després del Big bang. Però els elements més pesats com la plata, l'or o l'urani, el van fer en escenaris molt més extrems com a explosions de supernova o la fusió d'estreles de neutrons.
Estos fenòmens són molt difícils de detectar i d'estudiar experimentalment. Un punt d'inflexió va arribar en 2017, quan els experiments LIGO i VIRGO van detectar per primera vegada ones gravitacionals resultants d'una fusió entre dos estreles de neutrons, que generen explosions anomenades kilonoves. En dirigir els seus telescopis a la regió del cel assenyalada, els astrònoms van observar un senyal lluminós el comportament del qual coincidia amb la teoria: la desintegració radioactiva d'elements pesants recentment formats alimentava eixa llum. En anàlisis posteriors es van identificar elements com a estronci, itri i zirconi. Per primera vegada, s'observava ‘en directe’ la síntesi d'elements pesants en un esdeveniment còsmic.
El problema és que molts dels nuclis atòmics que participen en estos processos no existixen de manera estable en la Terra i duren a penes una fracció de segon, per la qual cosa mai s'havien pogut estudiar… fins ara. L'equip científic internacional liderat pel Grup d'Espectroscòpia Gamma i Neutrons de l'IFIC ha aconseguit un avanç significatiu: ha aconseguit mesurar, per primera vegada, propietats fonamentals de 37 nuclis atòmics molt exòtics que permeten predir amb més precisió com es formen elements més pesats que el ferro com l'itri, el zirconi, el niobi o el molibdé, amb importants aplicacions industrials.
"L'evolució de l'abundància d'elements químics en l'univers és realment complexa, amb una varietat de processos contribuint al resultat final. Combinant observacions astronòmiques, experiments de física nuclear i models astrofísics estem més prop de resoldre el trencaclosques", José Luis Taín, investigador de l'IFIC que lidera l'experiment
La troballa combina la capacitat de producció de nuclis exòtics de la Instal·lació de Feixos Radioactius del Centre RIKEN-Nishina, al Japó, amb l'alta eficiència d'un detector de neutrons desenrotllat pel grup d'investigació de l'IFIC i la Universitat Politècnica de Catalunya. Altres equips de la Universitat Tècnica de Darmstadt (Alemanya) i la Universitat de València col·laboren en els càlculs de nucleosíntesis, la formació d'elements.
Els resultats del treball, publicat recentment en Physical Review Letters, mostren que el procés de síntesi i dispersió d'elements pesants, alimentat pel vent de neutrins, produïx els nuclis mesurats en este treball i ocorre en el breu lapse de temps que transcorre abans que el sistema col·lapse en un forat negre. L'ús de les noves dades nuclears mostra un increment significatiu en la producció dels elements identificats en l'esdeveniment de 2017 respecte a estimacions anteriors. Els nous mesuraments mostren que estos elements podrien formar-se en una quantitat superior a la que es pensava anteriorment, al voltant d'un 50% a 70% més quantitat del que es pensava.
Álvaro Tolosa Delgado, primer autor del treball i actualment investigador del CERN, comenta que “existia l'opinió prèvia que les propietats dels nuclis que hem estudiat tindrien escàs impacte en les abundàncies. Això queda desmentit amb el nostre treball, que apunta a la necessitat ampliar este tipus de mesures a altres nuclis”. Per part seua, José Luis Taín, investigador de l'IFIC que lidera l'experiment, apunta: “l'evolució de l'abundància d'elements químics en l'univers és realment complexa, amb una varietat de processos contribuint al resultat final. Combinant observacions astronòmiques, experiments de física nuclear i models astrofísics estem més prop de resoldre el trencaclosques”.
Font: Delegació CSIC Comunitat Valenciana