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 centre mixt del CSIC i la Universitat de València, participa en una sorprenent troballa que publica la prestigiosa revista científica Nature. En concret, es tracta del descobriment d'una nova regió de nuclis atòmics que fisionen asimètricament, es dividixen produint dos nuclis finals de diferent grandària. Esta fita evidencia que no sols els nuclis pròxims a l'urani fisionen asimètricament, com es creia fins ara, i té importants repercussions, tant en la comprensió dels processos de transformació de la matèria en les estreles que donen lloc a la formació dels elements químics més pesats de la taula periòdica, com en els processos de generació d'energia basats en reactors de fissió.
La fissió nuclear és la reacció en la qual el nucli d'un àtom pesat es dividix en dos nuclis d'àtoms més lleugers, anomenats productes de fissió, emetent neutrons, rajos gamma i grans quantitats d'energia. Fins fa molt poc, només es podia estudiar la fissió dels únics cinc nuclis estables que experimenten este procés (urani-238, urani-235, urani-234, tori-232 i plom-208), així com d'uns quants nuclis no estables, que es desintegren després d'un curt període de temps, veïns dels anteriors en la taula periòdica dels elements.
Estos estudis van demostrar que els nuclis pròxims a l'urani fisionaven asimètricament, donant lloc a dos fragments finals de diferent grandària, mentres que els nuclis al voltant del plom fisionaven simètricament en dos fragments de la mateixa grandària. Estos dos modes de fissió van ser explicats per Lise Meitner en 1950 usant el model de capes del nucli atòmic proposat per Maria Goeppert-Mayer i Johannes Hans Jensen.
No obstant això, els resultats obtinguts per un equip internacional en l'experiment R3B del centre d'investigació GSI-FAIR a Darmstadt (Alemanya) demostren l'existència d'una nova regió de nuclis no estables al voltant del mercuri-180, els quals també fisionen de manera asimètrica. Esta asimetria la produïx l'estabilització al voltant d'un altre nombre màgic de protons, el 36. En física nuclear, els nombres màgics es referixen a quantitats de protons o neutrons en un nucli atòmic per als quals el nucli és particularment estable.
Per a dur a terme este descobriment, l'equip de l'experiment R3B han dissenyat un nou mètode d'estudi del procés de fissió, que consistix a fer fisionar nuclis pesants que es mouen a energies pròximes a la velocitat de la llum. Esta tècnica els ha permés, per primera vegada, determinar la quantitat de protons i neutrons que conformen els dos fragments resultants del procés de fissió, així com estudiar la fissió de nuclis no estables.
La fissió del nucli atòmic és el fenomen pel qual nuclis atòmics pesats, com el de l'urani, es dividixen en dos nuclis de grandària intermèdia alliberant una gran quantitat d'energia. Este procés el van descobrir Otto Hahn i Fritz Strassmann en 1938, i la seua interpretació teòrica la van proporcionar poc després Lise Meitner i Otto Frisch. Este descobriment va generar una gran expectació, ja que ràpidament es va identificar la fissió com una possible font d'energia controlada. De fet, pocs anys després, Enrico Fermi va construir el primer reactor de fissió capaç de generar energia de forma autosostinguda. Des de llavors, la fissió nuclear és una de les principals fonts d'energia sobre la qual se sustenta la nostra societat.
Més recentment, l'observació simultània d'ones gravitacionals i electromagnètiques generades pel col·lapse gravitacional de dos estreles de neutrons va permetre confirmar no sols que estos fenòmens són un dels escenaris estel·lars que donen lloc a la formació en l'univers d'elements químics més pesats que el ferro, sinó també que la fissió nuclear juga un paper molt important en este procés.
"Els resultats obtinguts per l'experiment R3B seran fonamentals per a poder obtindre una descripció precisa del procés de fissió nuclear en un futur pròxim”, José Benlliure, Dolores Cortina i Enrique Nácher, personal investigador de l'IFIC
Malgrat l'enorme impacte que la fissió té no sols com a font d'energia, sinó també per a entendre l'origen dels elements químics que constituïxen el nostre univers, més de 85 anys després del seu descobriment seguim sense disposar d'una explicació teòrica detallada d'este procés. “Per això, els resultats obtinguts per l'experiment R3B seran fonamentals per a poder obtindre una descripció precisa del procés de fissió nuclear en un futur pròxim”, apunten els investigadors de l'IFIC José Benlliure, Dolores Cortina i Enrique Nácher que participen en l'experiment.
A més d'este grup d'investigadors de l'IFIC, en l'experiment R3B participen altres grups d'investigació de l'Institut d'Estructura de la Matèria (IEM-CSIC) i de les universitats de La Corunya, Santiago de Compostel·la i Vigo. La col·laboració internacional R3B està formada per més de 250 científics de 34 institucions de 12 països, sota la coordinació de Dolores Cortina en l'IFIC. La participació espanyola en l'experiment R3B es remunta a l'any 2007, quan es va proposar la construcció del nou centre d'investigació internacional GSI-FAIR. Des de llavors, els investigadors espanyols han contribuït al disseny i construcció de l'experiment R3B.
En concret, cal destacar la contribució espanyola a la construcció del calorímetre de R3B, CALIFA, i recentment la construcció del detector de traces, el qual registra les trajectòries de les partícules. Els científics espanyols també lideren alguns dels principals programes d'investigació que es desenrotllen amb R3B, en particular estudis de fissió nuclear i de caracterització de matèria densa com la que constituïx les estreles de neutrons. Esta participació és finançada per diversos programes del Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats, així com programes europeus i regionals (Generalitat Valenciana i Xunta de Galícia).
Font: Delegació CSIC Comunitat Valenciana