13 febrero, 2010

Carbono-22, extrañamente grande y estable

El carbono es uno de los elementos más abundantes del universo y, como todo elemento, tiene varios isotopos (carbonos con el mismo número de protones pero diferente número de neutrones). Entre los isotopos más conocidos tenemos al carbono-12, el que conforma el 99% de todos nuestros átomos de carbono y el carbono-14, isotopo radiactivo usado en la datación de materiales biológicos.

Todos los elementos químicos tienen isótopos radiactivos de manera natural, nuestro mismo organismo tiene muchos átomos radiactivos ya que estos elementos conforman un pequeño porcentaje de todos los átomos de ese elemento que existen. Muchos de los isotopos de un átomo tienen tiempos de vida sumamente cortos (de milisegundos a nanosegundos) y muchos son de origen artificial, producto de bombardeo con neutrones en centrales nucleares.

Una regla que cumplen casi todos los elementos es que cuanto más grande son sus núcleos, menos estables son y tienden a dividirse y hacerse más pequeños liberando partículas alfa y beta (partículas radiactivas) de mucha energía. Esta energía es aprovechada y usada en las centrales nucleares para la producción de energía eléctrica.

Físicos japoneses, usando el acelerador de partículas de la Universidad de Tokio, descubrieron el isótopo de carbono más grande hasta la fecha, pero lo que más les asombró es que este elemento es sumamente estable, ya que tiene un tiempo de vida media de 6 milisegundos. Ustedes dirán “acaso 6 milisegundos es mucho?, en este caso sí, porque el carbono-21 (6 protones y15 neutrones) sólo tiene un tiempo de vida media de 30 nanosegundos, en cambio, este  nuevo carbono-22 (6 protones y 16 neutrones) tiene un tiempo de vida media alrededor de un millón de veces más grande que el anterior, lo cual no concuerda con la regla que dice que cuanto más grande es el átomo este es menos estable.

Una de las posibles explicaciones de su estabilidad es que el núcleo de este isótopo tiene un arreglo sumamente extraño llamado halo-núcleo, donde 2 neutrones se separan del núcleo y empiezan a orbitarlo, formando un halo alrededor de este y alterando su naturaleza convirtiéndolo en una estructura de 3 cuerpos (14 neutrones, 6 protones y 2 neutrones orbitantes).

Este tipo de arreglo del núcleo es muy difícil de explicar debido a que hasta ahora no se lo ha podido modelar matemáticamente (escribir una fórmula que pueda explicar su comportamiento). Los físicos dicen que se podría modelar usando el concepto de los nudos de borromeo.

Los físicos esperan que gracias a este descubrimiento más centros de investigación se enfoquen en el estudio de más isótopos exóticos, ya que muchos de ellos podrían tener grandes aplicaciones en otros campos de la ciencia.

Para los físicos, este es el artículo:

http://physics.aps.org/pdf/10.1103/PhysRevLett.104.062701.pdf

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