Anomalía de la desintegración radiactiva finalmente explicada (tal vez)

En 2007, los físicos del acelerador de iones pesados ​​GSI en Darmstadt, Alemania, hicieron un descubrimiento desconcertante.

Estos tipos estaban midiendo las tasas de desintegración radiactiva de los núcleos de praseodimio y prometio que habían sido despojados de todos menos uno o dos de sus electrones, dejándolos con una carga superior a +50.

En estas condiciones, se sabe que los núcleos se descomponen de formas extrañas. Los núcleos desnudos, por ejemplo, no pueden decaer por captura de electrones. Esto los obliga a descomponerse de otras formas menos comunes, cambiando enormemente su tasa de descomposición.



De manera más general, los físicos saben desde hace algún tiempo que los cambios en la temperatura y la presión pueden influir en la tasa de desintegración en un porcentaje más o menos, probablemente porque esto también cambia la densidad de electrones alrededor de los núcleos en una pequeña cantidad.

Pero lo que encontraron los chicos de GSI fue aún más extraño. Descubrieron que la tasa de desintegración exponencial normal del praseodimio y el prometio oscilaba con un período de aproximadamente 7 segundos. Era como si se hubiera superpuesto una oscilación a la curva de caída exponencial normal.

Su experimento es interesante porque es único. Estos tipos producen un puñado de iones en un sincrotrón y miden que cada uno decae por el cambio que produce en la resonancia del haz de iones a medida que circula.

Esto da una medida exacta de la vida útil de cada ion, en lugar de una medición promedio de la vida media de un material a granel, como hacen todos los demás experimentos. Es fácil ver que este efecto se difuminaría y sería invisible en este tipo de experimentos.

Muchos físicos creen que el experimento de GSI en realidad estaba midiendo las propiedades de la desintegración radiactiva en su forma más pura.

La gran pregunta, por supuesto, es ¿qué causa la anomalía GSI, como se la conoce? Las primeras explicaciones se centraron en la posibilidad de que las oscilaciones de neutrinos pudieran explicar el efecto.

Los núcleos de praseodimio y prometio se desintegran a través de la fuerza débil de dos maneras. Un protón puede capturar un electrón produciendo un neutrón y un electrón-neutrino. O el protón puede desintegrarse espontáneamente en un neutrón, un positrón y un electrón-neutrino.

Se pensaba que los neutrinos producidos en esta reacción podrían cambiar a otros tipos, lo que influiría en la tasa de desintegración en una pequeña cantidad.

Sin embargo, varios físicos señalaron que el resultado no puede explicarse por las oscilaciones de neutrinos por la simple razón de que estas solo pueden ocurrir después de que se produce el neutrino y cuando está a una distancia significativa de los núcleos.

Eso dejó a los físicos en una pérdida vergonzosa. En ausencia de una explicación razonable, la anomalía de GSI se ha convertido en un incómodo picor en el trasero de la física nuclear.

Hoy, Francesco Giacosa de J.W. La Universidad Goethe en Frankfurt y Giuseppe Pagliara en la Universita di Ferrara en Italia brindan un alivio bienvenido.

Estos muchachos dicen que la anomalía de GSI se puede explicar si los dos mecanismos de desintegración de los núcleos de praseodimio y prometio operan a energías ligeramente diferentes. La tasa de caída de cada mecanismo por sí solo sería una curva exponencial estándar, aunque a tasas ligeramente diferentes.

Pero aquí está la clave. Cuando ambos mecanismos ocurren juntos, el sistema oscila entre ellos. Entonces, las variaciones periódicas observadas en GSI son simplemente el efecto del sistema que salta de un mecanismo de descomposición a otro. Giacosa y Pagliara comparan esto con las conocidas oscilaciones Rabi que ocurren en muchos sistemas cuánticos.

Lo más emocionante es que esta teoría conduce a una predicción interesante. Giacosa y Pagliara dicen que si el equipo de GSI puede medir la tasa de desintegración a intervalos mucho más cortos de 7 segundos, la tasa de desintegración debería caer rápidamente a cero. Si el experimento en GSI pudiera medir algunos puntos por debajo de 10 s, nuestra interpretación podría rechazarse o aprobarse fácilmente, dicen.

Estas ideas tienen implicaciones más amplias. Giacosa y Pagliara dicen que este efecto podría explicar otras extrañas variaciones periódicas en las tasas de descomposición que los físicos han observado durante escalas de tiempo mucho más largas. Hemos examinado algunos de estos aquí .

Es más, las variaciones son efectos claramente fundamentales en la mecánica cuántica que podrían tener profundas implicaciones para nuestra comprensión de los procesos nucleares que ocurren dentro de las estrellas.

Y todo esto significa que hay más diversión con la anomalía de GSI, ya sea que esta explicación sea cierta o no.

Ref: arxiv.org/abs/1110.1669 : Oscilaciones en la ley de la desintegración: ¿Una posible explicación mecánica cuántica de la anomalía de GSI?

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