Uno de los puntos fundamentales, ya sea en el campo de la física, la química o la filosofía, es la formación de la materia. Sabemos que la materia está formada por estructuras llamadas átomos que, a su vez, tienen un núcleo (donde existen protones y neutrones), que está orbitado en regiones y distancias específicas por partículas más pequeñas llamadas electrones.
Los núcleos de los átomos son particularmente interesantes. En estas regiones, muy pequeñas incluso en comparación con el tamaño del propio átomo, los protones, partículas cargadas positivamente que naturalmente se repelen entre sí, están comprimidos y muy cerca unos de otros. El número de protones presentes en un núcleo atómico determina el elemento en cuestión, es decir, cada elemento químico que conocemos tiene un número determinado de protones. Por ejemplo, el oxígeno que respiramos tiene 8 protones en su núcleo, mientras que el hidrógeno, que forma el agua que bebemos, tiene solo un protón.
Los neutrones (partículas sin carga eléctrica), que también están presentes en los núcleos atómicos, se pueden encontrar en diferentes cantidades. Los átomos de un mismo elemento que tienen diferente número de neutrones se llaman isótopos. En el caso del oxígeno, por ejemplo, tenemos 3 isótopos estables, con 8, 9 o 10 neutrones, y 18 isótopos inestables, donde el núcleo tiene falta o exceso de neutrones. Esta falta o exceso de neutrones hace que un isótopo emita radiación y se descomponga en un isótopo estable o incluso en otro elemento químico.
La ilustración muestra una representación de la estructura de un átomo.La fuente: obturador
Físicos y químicos predicen la existencia teórica de unos 8.000 isótopos, teniendo en cuenta todos los elementos químicos conocidos. Sin embargo, solo se han observado 3.300 de estos isótopos en los detectores. La dificultad de observar isótopos inestables es que la cantidad de energía requerida para «exprimir» o «sacar» neutrones de un núcleo y producir un nuevo isótopo es muy específica.
En este sentido, algo que ha entusiasmado a los científicos es la inauguración de un nuevo acelerador de partículas que se construye en la Universidad de Michigan, EE. UU., y se espera que comience a funcionar a principios de 2022. FRIB (instalación de haces de isótopos raros)como se denomina, o Instalación para Haces de Isótopos Raros en traducción literal, promete, entre otras cosas, hacer posible la producción de hasta el 80% del total de isótopos planificados.
La ventaja de este nuevo instrumento radica en la intensidad de su haz de partículas. Es decir, en FRIB, los haces acelerados no tienen necesariamente más energía que otros aceleradores existentes, sino haces que transportan una cantidad de partículas mucho mayor. Por ejemplo, según el elemento que se estudie, los investigadores podrán acelerar alrededor de 50 billones de partículas por segundo, lo que aumentará enormemente la posibilidad de producir isótopos raros cuando estas partículas colisionen con una pared de grafito (carbono).
La ilustración muestra la evolución de los modelos atómicos a lo largo del tiempo.La fuente: obturador
Los estudios de este tipo pueden ser de inmensa importancia para comprender una cuestión más fundamental que la formación de la materia. Tal pregunta sería: si la materia está compuesta de átomos (que se forman a partir de partículas aún más pequeñas), ¿cómo se organizan estas partículas para formar átomos en primer lugar?
La cuestión de la formación de los átomos es siempre de gran interés para la comunidad científica. Se sabe, hasta el momento, que los átomos de elementos vitales para la vida como el oxígeno, el carbono y el hierro, por ejemplo, se forman a partir de la fusión de partículas elementales en el interior de estrellas como el Sol debido a inmensas temperaturas, presiones y grandes fuerzas gravitatorias. jalar. Sin embargo, los elementos que tienen una gran cantidad de protones solo pueden formarse en entornos aún más extremos, como la «muerte» de una estrella gigante que es una gran explosión llamada supernova.
Además de la búsqueda de respuestas a preguntas tan elementales y esenciales para la evolución del conocimiento humano del universo, la producción de isótopos en el FRIB también tiene diversas e inmediatas aplicaciones, como la producción de isótopos útiles para la obtención de imágenes y tratamientos médicos. . Un ejemplo es la producción a gran escala del isótopo de metal raro Terbium-149 que, al desintegrarse, emite radiación esencial para matar las células cancerosas, en una técnica conocida como radioterapia.
Es habitual en la historia de la ciencia que cuando un nuevo centro inaugura una tecnología de investigación que antes no existía, como el FRIB, se pongan a prueba los límites de las predicciones científicas conocidas y, finalmente, se encuentre algo totalmente inesperado.
Rodolfo Lima Barros Souzaprofesor de física y Columnista TecMundo. Es licenciado en física y tiene una maestría en educación científica y matemática de la Unicamp en el área de percepción pública de la ciencia. Está presente en las redes sociales bajo el nombre de @rodolfo.sou.