By: Matt Davenport
La incertidumbre es parte de la vida. Simplemente no hay escapatoria, incluso en una ciencia tan precisa como la física nuclear.
Si bien los científicos trabajan para desarrollar ideas y experimentos para minimizar esa incertidumbre, no deben olvidarlo, dijo Witold Nazarewicz de la Universidad Estatal de Michigan. Con ese fin, él y sus colaboradores en Alemania e Italia publicaron una especie de recordatorio en la revista Physical Review Letters .
“Es importante recordar que las mediciones experimentales y los modelos teóricos deben ir acompañados de estimaciones de error”, dijo Nazarewicz, profesor distinguido de Física John A. Hannah y científico jefe de la Facility for Rare Isotope Beams, o FRIB. “Y las cosas se pueden entender mejor si se consideran esas incertidumbres”.
Aquí, Nazarewicz se refiere a muchas discusiones que siguieron al resultado exitoso del muy esperado Experimento Lead Radius en la Instalación del Acelerador Nacional Thomas Jefferson en Virginia. El experimento estaba trabajando para deducir el tamaño de neutrones del núcleo o núcleo de un átomo de plomo a través de la medición de una pequeña asimetría de izquierda a derecha en la dispersión de electrones.
Este experimento, conocido como PREX, que rima con “T. rex”, observó un núcleo principal con 82 protones y 126 neutrones. La P en PREX proviene de la abreviatura de plomo en la tabla periódica, Pb.
Los científicos sabían que este isótopo o versión de plomo tendría una “piel de neutrones” porque tiene más neutrones que protones. Es decir, los neutrones sobresaldrían un poco más lejos que los protones.
Sin embargo, lo que sugirió el análisis teórico inicial del resultado de PREX es que esta piel tiene unas cuatrillones de pulgada más gruesa de lo que muchos científicos esperaban. Y, nuevamente a través del trabajo de los teóricos, esta diminuta piel puede tener implicaciones astronómicas: puede estar relacionada con el tamaño de los objetos celestes, como las estrellas de neutrones.
Las estrellas de neutrones son fascinantes por muchas razones, incluida su densidad alucinante. Son increíblemente masivas (la estrella de neutrones “típica” tiene un 40% más de masa que nuestro sol) e increíblemente pequeñas, según los estándares de las estrellas. Se podrían colocar unas cinco estrellas de neutrones con la masa de siete soles entre East Lansing y Ann Arbor.
Y la piel de neutrones inesperadamente gruesa del plomo podría implicar que estas estrellas son más grandes de lo esperado. No dramáticamente más grande, pero lo suficiente como para enviar “una sacudida psicológica a la comunidad”, dijo Jorge Piekarewicz, profesor de física nuclear teórica en la Universidad Estatal de Florida, en una entrevista con la revista Science este abril.
En el nuevo artículo, Nazarewicz ha unido fuerzas con sus colaboradores Paul-Gerhard Reinhard, profesor de física en la Universidad de Erlangen-Nuremberg en Alemania, y Xavier Roca-Maza, profesor asociado de física en la Universidad de Milán en Italia. El trío ha dado un paso atrás y ha analizado los resultados de PREX a través de numerosas lentes proporcionadas por diferentes modelos teóricos.
Los investigadores encontraron que cuando los datos de PREX se explican mediante un modelo teórico, otra propiedad nuclear básica del plomo, llamada polarización dipolar, no se puede reproducir. Dicho de otra manera, no hay un solo modelo actual que pueda explicar de manera consistente lo que se conoce sobre las propiedades del núcleo del plomo y la medición PREX.
Una forma de ver esta desconexión entre las teorías y el experimento PREX es que los modelos tienen fallas o están rotos. Pero Nazarewicz advirtió contra esa interpretación.
“Lo que estamos diciendo es ‘sostengan sus caballos'”, dijo Nazarewicz. “Necesitamos comprender mejor el resultado de PREX antes de sacar conclusiones de gran alcance”.
Es decir, hay cierta incertidumbre.
En su nuevo análisis, Nazarewicz y sus colegas prestaron mucha atención a las incertidumbres o “barras de error” que forman parte del experimento y los modelos utilizados para interpretarlo. Cuando se consideran esas barras de error, la imagen que surge es que el resultado y los modelos de PREX son más consistentes de lo que pueden haber aparecido inicialmente.
“No tenemos ninguna evidencia convincente en la actualidad de que las capas de neutrones y las estrellas de neutrones deban ser más grandes de lo que predicen los modelos estándar de núcleos atómicos. Aunque este puede no ser el resultado más emocionante, no quita nada a la importancia del resultado PREX Simplemente muestra que es demasiado pronto para hacer afirmaciones definitivas sobre el tamaño de las capas de neutrones y las estrellas , lo que requerirá más experimentos y muchos desarrollos de modelos “, dijo Nazarewicz.
Con FRIB en línea en la primavera de 2022, también ofrecerá nuevas vías para explorar estos problemas. De hecho, los estudios de pieles de neutrones y estrellas de neutrones son componentes clave del portafolio científico de FRIB.
“La próxima generación de experimentos ayudará”. Dijo Nazarewicz. “Pero, considerando los datos actuales, no hay una necesidad inmediata de revisar nuestros libros de texto”.
