Saber cómo se forman los elementos químicos en el Universo es una de las grandes cuestiones de la Física que continúan sin resolver. Las teorías establecen que los elementos más pesados que el hierro se crean en cataclismos cósmicos como supernovas o la fusión de estrellas de neutrones.

AUTOR: IFIC

Sin embargo, este último escenario se comprobó recientemente al observar por primera vez el choque de dos de estos objetos, con una masa algo mayor que la del Sol pero mucho más compactos. Ahora se ha puesto en marcha un experimento en Japón para tratar de repetir el proceso en el laboratorio, y aportar así datos para entender cómo se produce en el Universo. Se trata de BRIKEN, un detector de neutrones único en su género cuyo diseño, construcción y operación está liderada por un grupo de investigación del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-Universitat de València).

 

BRIKEN es una colaboración internacional formada por 60 investigadores de 20 instituciones científicas en Europa, América y Asia. Su portavoz es José Luis Taín Enríquez, investigador científico del CSIC en el Instituto de Física Corpuscular. “El objetivo del experimento es obtener datos que nos ayuden a entender el proceso de ‘fabricación’ de los elementos químicos en el Universo”, explica.

 

Concretamente, de los elementos más pesados que el hierro, el último elemento de la tabla periódica que se puede producir por fusión nuclear en el interior de una estrella. A partir de ahí se necesitan otros entornos para explicar cómo se producen elementos ricos en protones y neutrones.

 

Uno de ellos se da en el llamado proceso-r de captura neutrónica (la r es por rápido). “En el proceso-r se producen una serie de reacciones de captura de un neutrón seguidas de una desintegración radiactiva beta, dando lugar desde el hierro hasta los elementos superpesados en escasos segundos. Los núcleos producidos inicialmente son muy inestables, y se desintegran mediante la emisión de neutrones hasta producir los elementos que nos rodean como el iodo, el oro y el uranio”, describe José Luis Taín. Según los científicos, el proceso-r contribuye a crear la mitad de los elementos químicos observados en el Sistema Solar.

 

Hasta el momento, los científicos asumían que este proceso tiene lugar en entornos muy ricos en neutrones y en fenómenos muy violentos como las explosiones de estrellas muy masivas que han agotado su combustible nuclear (supernovas), o bien en la fusión entre estrellas de neutrones, o entre una estrella de neutrones y un agujero negro.

 

En octubre pasado, científicos de todo el mundo anunciaron la primera detección del choque de dos estrellas de neutrones. Este suceso se captó mediante varias fuentes, tanto luz como las ondas gravitacionales e incluso los neutrinos producidos en el choque. Esto vino a confirmar un modelo propuesto en 2010 por el físico español Gabriel Martínez-Pinedo (GSI, Alemania) y Brian Metzger (Universidad de Columbia, EE.UU.) para explicar la formación de los elementos más pesados que el hierro.

 

Ahora, José Luis Taín y su grupo de investigación del Instituto de Física Corpuscular acaban de poner en marcha en el laboratorio Nishina Center del centro de investigación RIKEN, cerca de Tokyo (Japón), un detector único, el más grande de su tipo construido en el mundo. El experimento, llamado BRIKEN (Beta-delayed neutrons at RIKEN), está compuesto por una red de 140 tubos de helio-3 (3He) que miden las desintegraciones beta de núcleos ricos en neutrones.

 

BRIKEN detecta los neutrones emitidos en estas desintegraciones, midiendo sus propiedades de forma muy precisa. La pieza singular del experimento es un detector de neutrones cuyo diseño y construcción ha sido liderado por el IFIC y la Universitat Politécnica de Catalunya (UPC). “Es el mayor detector de su clase jamás construido para este tipo de estudios, y nos permitirá descubrir núcleos emisores de neutrones desconocidos hasta ahora”, asegura el investigador del IFIC.

 

La instalación de este singular experimento en Japón no es casual. Actualmente, los aceleradores de partículas del centro de investigación RIKEN producen los haces de isótopos radioactivos más intensos del mundo, ideales para recrear las condiciones extremas de este tipo de fenómenos cósmicos. La toma de datos acaba de empezar y los científicos esperan que se prolongue tres años.

 

Además de José Luis Taín, los investigadores del IFIC Alejandro Algora y Ana Isabel Morales lideran sendas propuestas experimentales que cubren un amplio rango de núcleos exóticos, abundantes en protones y neutrones. Además de mejorar la comprensión del funcionamiento del proceso-r, estos datos serán muy valiosos para establecer nuevos modelos sobre la estructura nuclear.

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