La física nuclear es una de las más fascinantes áreas de la ciencia moderna. Los modelos nucleares primitivos suponían una carga positiva rodeada de electrones negativos.  Posteriormente fue claro que el núcleo positivo, contenía partículas de carga positiva llamadas protones, y también partículas sin carga, llamadas neutrones.  El más simple átomo del universo es el Hidrógeno y contiene solamente un protón en su núcleo, mientras que el siguiente átomo de la tabla periódica es el Helio que contiene en su núcleo dos protones y dos neutrones.  Al núcleo de los átomos de Helio se le conoce también como “partícula alfa”.

Uno de los más básicos modelos nucleares es el llamado “modelo de la gota de agua”. Este es uno de los primeros modelos de la estructura nuclear, propuesto por Bohr en 1935. En él se describe el núcleo como si fuera un fluido clásico compuesto por neutrones y protones y una fuerza repulsiva coulombiana proporcional al número de protones.  Este modelo fue primeramente aplicado para explicar la desintegración nuclear.  Este sencillo modelo reproduce las principales características de la energía enlace de los núcleos. Es un buen modelo para predecir niveles energéticos en núcleos poco deformados.  Otros modelos razonablemente exitosos en casos simples son el Modelo de Capas, el Modelo Vibracional y Rotacional, y el modelo de Yukawa.  Los modelos primitivos dieron un giro dramático cuando se descubrió que los protones y neutrones a su vez están formados por otras partículas llamadas Quarks.  Los modelos nucleares actuales son de extraordinaria complejidad pues implican el estudio de la interacción entre todos los quarks de los protones y neutrones que componen cada núcleo.

Las principales propiedades de los núcleos como su tamaño y energías de enlace, surgen de la interacción entre los nucleones (protones y neutrones) que, como se ha dicho, a su vez son el resultado de las interacciones entre los quarks y los gluones constituyentes.  Los primeros modelos nucleares eran fenomenológicos, pero ahora ya se cuenta con teorías de campo efectivas para tratar este problema.

El pasado primero de junio la revista “Physics Today” de la Sociedad Norteamericana de Física, presentó un interesante artículo reportando el trabajo realizado para comparar las mediciones experimentales de dispersión en núcleos de Helio con las predicciones de los modelos basados en teorías de campo actuales. Los experimentos de dispersión permiten determinar con mucha precisión la energía base del núcleo y los primeros niveles excitados. Resulta interesante ver la congruencia entre los desarrollos teóricos y las observaciones experimentales. Finalmente, sabemos que el acuerdo entre observaciones experimentales y modelos científicos es el sustento fundamental de la actividad científica. 

Por Vicente Aboites

Escrito en Opinión el 17/6/2023 · 06:00