La búsqueda de la estabilidad en elementos superpesados: un vistazo desde las estrellas

por Liam O'Connor
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superheavy elements

La búsqueda de elementos superpesados estables, con estimaciones que apuntan a que poseen alrededor de 164 protones, continúa mientras los científicos profundizan en la posibilidad de que los asteroides puedan servir como depósitos de estas esquivas estructuras atómicas. Los esfuerzos espaciales actuales buscan obtener y examinar especímenes de asteroides en busca de rastros de tales elementos, posiblemente remodelando nuestra comprensión de la teoría atómica y del universo en general.

Históricamente, el descubrimiento de nuevos elementos ha sido una ambición científica significativa, y el progreso en la comprensión de la composición atómica y la ciencia nuclear ha permitido la transmutación de elementos, que alguna vez fueron el reino de las aspiraciones alquímicas.

En los últimos años, equipos de investigación de países como Estados Unidos, Alemania y Rusia han aprovechado tecnología sofisticada para fusionar núcleos atómicos, lo que ha dado como resultado la creación de nuevos elementos superpesados.

Estos elementos son conocidos por su inestabilidad debido al mayor número de protones en sus núcleos, lo que generalmente resulta en que las fuerzas electromagnéticas superen a las fuerzas nucleares que unen el núcleo. Actualmente, la tabla periódica incluye elementos con hasta 118 protones.

Se ha planteado la hipótesis de que un "número mágico" de aproximadamente 164 protones podría lograr un equilibrio en el que las fuerzas nucleares contrarrestaran la repulsión electromagnética, dando lugar a una hipotética "isla de estabilidad".

Dado que la síntesis en laboratorio resulta desafiante, los investigadores están ampliando su búsqueda a fuentes extraterrestres. Comprender las propiedades de estos elementos, como sus densidades de masa, es un aspecto fundamental de esta búsqueda.

Evaluación de la densidad de masa

Mis colegas y yo nos embarcamos en la estimación de la densidad de masa de estos elementos superpesados, una característica fundamental para comprender su comportamiento nuclear y sus posibles escondites.

Nuestro enfoque implicó modelar estos elementos como grandes nubes cargadas, una técnica particularmente adecuada para estructuras atómicas de tamaño considerable, especialmente las metálicas en una red. La validación de nuestro modelo frente a densidades conocidas nos permitió predecir la densidad de elementos dentro de la supuesta isla de estabilidad.

Nuestros cálculos conservadores sugieren que los metales superpesados estables con números atómicos cercanos a 164 podrían tener densidades que oscilan entre 36 y 68 g/cm³. Sin embargo, reconociendo la naturaleza conservadora de nuestras suposiciones, las cifras reales podrían ser considerablemente más altas.

El vínculo entre los asteroides y los elementos densos

La hipótesis de que los asteroides trajeron a la Tierra elementos pesados como el oro da credibilidad a la posibilidad de que los elementos superpesados hayan compartido un destino similar. Sin embargo, debido a procesos geológicos como la subducción tectónica, dichos elementos probablemente se hundirían debajo de la corteza terrestre, volviéndolos inaccesibles. Por el contrario, los asteroides podrían retener estos elementos.

El asteroide más masivo conocido, denominado Polyhymnia, exhibe una densidad calculada que supera con creces la del osmio, el elemento natural más denso de la Tierra, aunque estas mediciones conllevan incertidumbres debido a los desafíos logísticos de evaluar cuerpos celestes distantes.

Los fenómenos astronómicos, como la fusión de estrellas binarias, podrían generar las condiciones necesarias para la formación de elementos superpesados estables. Posteriormente, estos elementos podrían permanecer encapsulados dentro de asteroides durante eones.

Próximas perspectivas

La misión Gaia de la Agencia Espacial Europea está preparada para entregar el mapa celeste en 3D más detallado hasta la fecha, que podría revelar asteroides con densidades anómalas indicativas de la presencia de elementos superpesados.

Misiones de recuperación de muestras, como OSIRIS-REx de la NASA, ya han devuelto material de asteroides de baja densidad, con análisis en sus fases iniciales. Si bien las perspectivas siguen siendo escasas, existe la posibilidad de que estas muestras contengan elementos superpesados.

Además, se prevé que la misión Psyche de la NASA recopile datos de un asteroide metálico, lo que podría aumentar la probabilidad de encontrar elementos superpesados. La continuación de tales misiones promete profundizar nuestra comprensión del cosmos y la evolución de nuestro sistema solar.

Escrito por Johann Rafelski, profesor de física de la Universidad de Arizona, con contribuciones de Evan LaForge y Will Price, estudiantes de física de la universidad.

Basada en un artículo de The Conversation, esta adaptación ofrece información sobre la investigación original publicada en The European Physical Journal Plus.

Cita: LaForge, E., Price, W. y Rafelski, J. (2023). Elementos superpesados y materia ultradensa. El European Physical Journal Plus, DOI: 10.1140/epjp/s13360-023-04454-8

Preguntas frecuentes (FAQ) sobre elementos superpesados

¿Qué son los elementos superpesados y por qué son importantes?

Los elementos superpesados son elementos atómicos con una gran cantidad de protones en sus núcleos, y se teoriza que tienen propiedades de estabilidad únicas. Son importantes porque podrían ampliar nuestra comprensión de la tabla periódica y ofrecer información sobre la física nuclear y la formación cósmica.

¿Cómo podrían conectarse los asteroides con elementos superpesados?

Los asteroides pueden contener elementos superpesados, habiendo potencialmente transportado estos materiales densos a la Tierra, al igual que lo hicieron con otros metales pesados. Los científicos plantean la hipótesis de que es posible que todavía se encuentren versiones estables de estos elementos en los núcleos de los asteroides.

¿Qué es la “isla de estabilidad” en física nuclear?

La “isla de estabilidad” se refiere a una zona prevista en la tabla periódica donde los elementos superpesados con un cierto número de protones (alrededor de 164) podrían exhibir estabilidad debido a un equilibrio de fuerzas nucleares, a diferencia de la mayoría de los elementos pesados que son inestables.

¿Cuáles son los desafíos en la detección de elementos superpesados?

Detectar elementos superpesados es un desafío debido a su inestabilidad y rareza. Son difíciles de crear y mantener en entornos de laboratorio y se cree que están casi agotados en la superficie de la Tierra debido a procesos geológicos.

¿Cómo podrían ayudar las futuras misiones espaciales al estudio de elementos superpesados?

Las futuras misiones espaciales podrían ayudar a recuperar muestras de asteroides y devolverlas a la Tierra para su análisis. Misiones como OSIRIS-REx y Psyche de la NASA tienen como objetivo recopilar datos y muestras de asteroides que puedan contener estos elementos esquivos, ofreciendo nuevas oportunidades de investigación.

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5 comentarios

Mike O'Reilly noviembre 6, 2023 - 5:14 am

Gran artículo, pero hay un error tipográfico en el segundo párrafo, debería decir "tener" y no "tiene" cuando se habla de los elementos.

Responder
Ethan K. noviembre 6, 2023 - 11:01 am

La parte de la isla de estabilidad es fascinante, pero ¿cómo predicen siquiera que 164 es el número mágico? Me parece un poco aleatorio.

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samantha b. noviembre 6, 2023 - 11:04 am

Debo decir que es genial pensar en los secretos que podrían contener los asteroides, nunca antes lo había pensado así.

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Jenna Smith noviembre 6, 2023 - 2:32 pm

Hay cosas realmente interesantes aquí, pero creo que podrías haber profundizado un poco más en cómo se crean exactamente estos elementos. como en las estrellas o lo que sea

Responder
lucy mendoza noviembre 6, 2023 - 4:24 pm

Perdí la oportunidad de vincular esto con un panorama más amplio, por ejemplo, ¿cómo me afecta esto a mí o a la persona promedio? ¿Tiene usos prácticos?

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