Algunos núcleos atómicos tienen forma de pera

Experimentos realizados en el CERN por un equipo internacional de científicos han constatado que los núcleos atómicos de algunos elementos tienen forma periforme. Estos resultados, además de su valor para refinar las teorías sobre la estructura nuclear, pueden ayudar a establecer el dominio de la materia sobre la antimateria, e incluso la validez del modelo estándar de la física de partículas.

Un equipo internacional del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), en la frontera franco-suiza, ha demostrado que algunos núcleos atómicos pueden adquirir formas periformes exóticas más allá de las tradicionales.


Ya se sabía que la mayoría de los núcleos que existen en la naturaleza tienen forma 'de pelota de rugby' en su estado fundamental. Según un nuevo estudio, publicado esta semana en la revista Nature, algunos otros –con números de protones y neutrones concretos– logran adquirir forma 'de pera'. Aunque esto había sido predicho teóricamente, hasta el momento no se contaba con evidencia experimental suficiente.

De acuerdo con las teorías modernas que describen la dinámica nuclear, la forma del núcleo atómico está determinada por el número de protones y neutrones que lo componen, así como por las interacciones entre estas partículas. En su estado fundamental, los núcleos tienden a ser esféricos cuando el numero de protones y/o neutrones esta cerca de los denominados 'números mágicos'.

Para los demás, lo habitual es un estado fundamental con forma elipsoidal mayoritariamente de tipo 'prolado' –con forma de balón de rugby–. Cuando el número de protones y neutrones toma ciertos valores, el efecto de cierto tipo de interacciones nucleares se magnifica dando lugar a formas más exóticas.

“La principal característica de estas formas es que no respetan la simetría de reflexión”, explica Luis Robledo, profesor del departamento de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid y uno de los firmantes del trabajo. 

“La observación experimental de núcleos con forma de pera no solo es importante para la comprensión teórica de la estructura nuclear, donde se conjugan los intrincados efectos de la interacción nuclear y la dinámica de muchos cuerpos –añade–, también puede ser de gran ayuda para la búsqueda experimental de momentos dipolares eléctricos en átomos”.

La antimateria también se ve afectada por la gravedad

Científicos de la colaboración ALPHA del CERN han presentado la primera evidencia directa de cómo los átomos de antimateria interactúan con la gravedad. El estudio, que publica Nature Communications, se ha centrado en medir la masa gravitacional del antihidrógeno.

En 2010 los miembros del experimento ALPHA del CERN ya consiguieron atrapar antihidrógeno, el átomo de antimateria neutra más simple. Ahora han medido por primera vez su masa gravitacional –fuerza de atracción en un campo gravitatorio– y ver su proporción respecto a su masa inercial –resistencia al cambio de velocidad–.

Los resultados revelan que si un átomo de antihidrógeno cae hacia abajo, su masa gravitacional es no más de 110 veces mayor que su masa inercial. Pero si cayera hacia arriba, su masa gravitacional es a lo sumo 65 veces mayor. Los datos permiten establecer estos límites.

En cualquier caso lo que demuestra el estudio es que se puede medir la gravedad de la antimateria. La técnica para hacerlo se publica ahora en la revista Nature Communications , y el equipo confía en que vaya adquiriendo cada vez más precisión.
“Uno de los grandes interrogantes sobre la antimateria neutra es cómo se comporta cuando interactúa gravitacionalmente con la materia”, Marcelo Baquero-Ruiz, de la Universidad de California en Berkeley (EE.UU.) y coautor del trabajo.

“Hay muchos argumentos que sugieren que ambas se debería atraer y comportarse de la misma manera –prosigue–. Sin embargo, nunca nadie ha tenido la posibilidad de poner a prueba experimentalmente esta afirmación hasta ahora. Pero quedan preguntas sin resolver: ¿Se caerá la antimateria hacia arriba o hacia abajo? ¿O tal vez es atraída hacia la materia pero con una aceleración diferente?”

Estas cuestiones siguen intrigando a los físicos, añade Joel Fajans, otro miembro de la colaboración en la Universidad de California-Berkeley, ya que "en el caso improbable de que la antimateria se cayera hacia arriba, tendríamos que revisar radicalmente nuestra visión de la física y repensar cómo funciona el universo".

Pero los argumentos teóricos actuales predicen que los átomos de hidrógeno y antihidrógeno tienen la misma masa y deben interactuar ante la gravedad de la misma manera. Si se libera un átomo, debería experimentar una fuerza hacia abajo tanto si está hecho de materia o antimateria.