Proponen la posibilidad de que pueda haber núcleos pesados formados una sopa de quarks arriba y abajo.
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Los núcleos atómicos no pueden ser arbitrariamente grandes, conforme el número de protones crece, se hacen cada vez más inestables, por lo que son radiactivos. Muchas veces tienen vidas medias tan cortas que es muy complicado saber las propiedades químicas de los elementos más pesados.
El elemento conocido más pesado es el oganesson, que tiene 294 nucleones, de los cuales 118 son protones. Es decir, su número atómico es 118. Así que ocupa el extremo inferior derecho de la tabla periódica de los elementos.
Desde hace un tiempo se viene especulando con que más allá haya una isla de estabilidad en la que «vivan» elementos mucho más pesados, pero relativamente estables. La propuesta es controvertida y no todos creen que tal cosa sea posible. De momento no se han encontrado tales elementos, pese a los esfuerzos que se han realizado con colisionadores de iones.
Ahora se hace una propuesta más exótica en la que se propone que para elementos con masas atómicas más allá de 300 no habría núcleos al uso formados por neutrones y protones, sino una sopa de quarks up y down. A ese estado de la materia lo denominan udQM. De este modo, el estado fundamental o de mínima energía de la materia nuclear pesada no sería hadrónico, sino un estado fundamental de tipo udQM. Como todos sabemos, los quarks son las partículas que junto a gluones y otras partículas forman los hadrones como los protones y neutrones y también los mesones.
Para aclarar un poco las cosas y según la Teoría Cuántica de Campos, la masa del protón, por ejemplo, no proviene solamente de las masas de los tres quarks que lo forman. Además hay que tener en cuenta la energía de los gluones que los unen y todo tipo de partículas virtuales. De hecho, los quarks arriba y abajo que hay allí son sólo los quarks que aparecen con mayor probabilidad.
Bob Holdom, Jing Ren y Chen Zhang (University of Toronto) proponen que este estado de la materia upQM sería estable y que se podría producir con relativamente facilidad. Además especulan que esto podría ser usado en alguna fuente de energía nuclear.
Ya en los años ochenta Edward Witten propuso [1] este tipo de estado de la materia, pero en ese caso estaría formada por quark extraños en lugar de quarks arriba y abajo (up y down). La idea fue retomada e incluso se propuso la existencia de estrellas similares a las de neutrones, pero formadas por una sopa de quaks extraños. [1] Pero las pruebas físicas de este tipo de materia son, hasta el momento, nulas, pese a que se ha estado buscando durante décadas.
El nuevo resultado es sorprende porque propone una de estas sopas que no solamente estaría formada poor los quarks más abundantes y normales, sino para existiría para regímenes poco extremos comparados con las condiciones reinantes en las estrellas de neutrones o en el Universo tras el Big Bang que se han propuesto para este y otro tipo de sopas de quarks. De hecho, la idea es totalmente falsable, pues bastaría usar una acelerador de iones pesados para hacer chocar elementos con alto número atómico contra un blanco y ver si tal cosa existe.
Los autores del estudio esperan que con esa tecnología tradicional, que normalmente se usa para sintetizar elementos muy pesados, se pueda sintetizar fácilmente núcleos con un estado fundamental de tipo udQM como el que proponen.
Según su cálculos no sólo habría una «isla de estabilidad» para materia de tipo udQM, sino que en su lugar habría todo un «continente». Al ser una región grande en el diagrama protón-neutrón (ver imagen de cabecera) sería fácil dar con casos que cayeran dentro de ese «continente».
También creen que «núcleos» de este tipo se podrían formar de modo natural y que podrían venir en los rayos cósmicos y quedar atrapados en la materia ordinaria de nuestro planeta. Otra posibilidad es que parte de la materia de las estrellas de neutrones esté en un estado de tipo upQM.
Quizás lo más loco de esta idea es su uso como fuente de energía. Según especulan, si se puede producir y almacenar materia en forma de upQM, entonces podría mantenerse mediante bombardeo de neutrones lentos o iones y que la energía liberada, en forma de rayos gamma, sea mayor que la que introduzca en el sistema. La ventaja es que, al contrario de la energía de fisión nuclear actual o de la fusión, sería un proceso fácil de iniciar y de controlar.
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Fuentes y referencias:
Artículo original. [3]
Copia de artículo original. [4]
En busca de la segunda isla de estabilidad [5]
¿Elementos de la isla de estabilidad en una estrella? [6]
Gráfico: Holdom y colaboradores.