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El núcleo, formado por una amalgama de protones y neutrones es la cualidad intrínseca de toda la materia. Todo átomo presenta un núcleo cargado positivamente, que está rodeado por una nube de electrones cargados negativamente. Aunque su existencia se descubrió hace más de un siglo, los científicos aún no comprender del todo sus propiedades. «Uno de los principales retos a la hora de estudiar los núcleos es que la fuerza entre los nucleones, los protones y los neutrones aún no se ha definido correctamente», explica Kieran Flanagan, catedrático de Física Nuclear en la Universidad de Mánchester (el Reino Unido). «Con todo, determinados núcleos poseen una estructura relativamente simple. Estos sistemas nucleares constituyen un laboratorio perfecto para comprender mejor las fuerzas entre los nucleones. No obstante, muchos de estos núcleos tienen una vida corta y solo pueden estudiarse en instalaciones nucleares especializadas».
Estudio de los núcleos de vida corta
«El objetivo del proyecto FNPMLS, financiado con fondos europeos, era cuantificar de manera más precisa estos núcleos de vida corta y proporcionar una técnica que pudiera ser utilizada por una audiencia científica más amplia. Esto se logró gracias al desarrollo de un método denominado espectroscopia de ionización por resonancia colineal (CRIS, por sus siglas en inglés). Esta técnica emplea la espectroscopia láser para realizar mediciones de alta resolución de núcleos. El proyecto fue ejecutado en la instalación ISOLDE de la Organización Europea de Investigación Nuclear, la primera fuente de haces radiactivos del mundo. Flanagan añade: «A principios de los años ochenta del siglo pasado, se planteó por primera vez emplear la CRIS como herramienta para obtener simultáneamente mediciones de alta precisión y alta sensibilidad. Esta capacidad podría ser perfecta para estudiar estos núcleos de vida corta». Flanagan y su equipo habían podido demostrar con anterioridad la alta sensibilidad del método CRIS, pero aún no se había comprobado experimentalmente la combinación de alta precisión y alta sensibilidad. «Demostrar que el método CRIS podía lograr esta combinación constituyó uno de los principales objetivos del proyecto. El desarrollo de un nuevo método de luz cortada, donde las fases de ionización y resonancia se retrasan entre sí, permitió alcanzar este objetivo. Este hito mejora nuestra resolución por un factor superior a cincuenta», comenta Flanagan.
Mejora de la teoría nuclear
El proyecto FNPMLS capitaliza lo que Flanagan denomina una «revolución silenciosa» en la teoría nuclear, es decir, el rápido crecimiento del poder computacional, que ha brindado a los científicos nucleares la posibilidad de predecir con mayor precisión las propiedades de los núcleos. Flanagan concibe este proyecto como una continuación de estos avances, ya que ofrece a los científicos una herramienta potencialmente valiosa para comprender mejor las interacciones esenciales que tienen lugar en el núcleo. Los experimentos realizados durante el proyecto han ayudado a mejorar la comprensión de los núcleos y a auspiciar la teoría nuclear. «La sensibilidad del método CRIS ha brindado nuevas posibilidades para estudiar moléculas radiactivas de vida corta, como el monofluoruro de radio (RaF)», comenta Flanagan. «Los obstáculos relacionados con la preparación de muestras radiactivas de RaF han impedido realizar estudios experimentales. Sin embargo, logramos cuantificar por primera vez la estructura molecular del RaF y corroborar que el método CRIS constituye una herramienta excelente para estudiar estos sistemas de vida corta». La alta sensibilidad del método CRIS también posibilita mejorar otras técnicas como, por ejemplo, optimizar el rendimiento de la espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS, por sus siglas en inglés). Esta técnica tiene muchas aplicaciones esenciales, por ejemplo en la caracterización de residuos nucleares de baja actividad y la restauración del terreno. Flanagan concluye: «Desde entonces, hemos establecido una colaboración con el Laboratorio Nacional Nuclear y la Autoridad para el Desmantelamiento de Instalaciones Nucleares del Reino Unido. También nos han concedido una beca para financiar un doctorado y empezar a trabajar en el desarrollo de este concepto».
Palabras clave
FNPMLS, nuclear, núcleo, protón, electrón, nucleón, espectroscopia, física