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La incertidumbre es inevitable, incluso en una ciencia tan precisa como la física nuclear.

Este gráfico muestra los resultados de dos experimentos con el isótopo de plomo 208 en gris, con cuatro modelos utilizados para interpretar los resultados en rojo y verde. La moraleja aquí es que ningún modelo puede reproducir ambas experiencias. Crédito: Universidad Estatal de Michigan

La incertidumbre es parte de la vida. Es inevitable, incluso en una ciencia tan delicada como la física nuclear.


Witold Nazarewicz, de la Universidad Estatal de Michigan, dijo que mientras los científicos trabajan para desarrollar ideas y experimentos para reducir esta incertidumbre, no deben olvidarlo. Con este fin, él y sus colegas en Alemania e Italia publicaron una especie de recordatorio en la revista Cartas de revisión física.

«Es importante recordar que las mediciones experimentales y modelos teóricos Deberían ir acompañadas de estimaciones de error ”, dijo Nazarois, profesor distinguido de física John A. Hannah, y científico jefe de la instalación de rayos isotópicos raros, o FRIB. Y las cosas se pueden entender mejor si se tienen en cuenta estas dudas. «

Aquí, Nazarewicz se refiere a las 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 inferir el tamaño de neutrones del núcleo de un átomo de plomo, midiendo una pequeña asimetría de izquierda a derecha en la dispersión de electrones.

Este experimento, conocido como PREX, que rima con «T. rex», analizó un núcleo principal que contiene 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 tenía más neutrones que protones. Es decir, los neutrones permanecerán un poco más lejos que los protones.

Sin embargo, lo que sugirió un análisis teórico inicial del resultado de PREX fue que esta piel tenía unos cuartos de millonésima de pulgada más gruesa de lo que muchos científicos esperaban. Y nuevamente a través del trabajo de los teóricos, esta diminuta piel podría tener implicaciones astronómicas: podría estar relacionada con el tamaño de los cuerpos celestes como las estrellas de neutrones.

Las estrellas de neutrones son fascinantes por muchas razones, incluida su densidad alucinante. Es increíblemente masiva (una estrella de neutrones «típica» tiene una masa un 40% mayor que la de nuestro Sol) e increíblemente pequeña, según los estándares de las estrellas. Puede colocar unas cinco estrellas de neutrones con una masa de siete soles entre East Lansing y Ann Arbor.

Una capa de neutrones inesperadamente gruesa podría indicar que estas estrellas son más grandes de lo esperado. Jorge Picarvich, profesor de Teoría, dijo: física nuclear En Florida State University, en una entrevista con Ciencias revista en abril.

En el nuevo trabajo de investigación, Nazarevich se unió a los colaboradores Paul Gerhard Reinhard, profesor de física en la Universidad de Erlangen-Nuremberg en Alemania, y Xavier Rocca Mazza, profesor asociado de física en la Universidad de Milán en Italia. El trío dio un paso atrás y analizó los resultados de PREX a través de varios lentes proporcionados por diferentes modelos teóricos.

Los investigadores encontraron que cuando los datos de PREX se explican mediante un modelo teórico, otra propiedad nuclear fundamental del plomo, llamada susceptibilidad dipolar, no se puede reproducir. En otras palabras, no existe un modelo de corriente único que pueda explicar de manera consistente lo que se conoce sobre las propiedades del núcleo de plomo y la medición PREX.

Una forma de ver esta desconexión entre las teorías y el experimento PREX es que los modelos tienen fallas. Pero Nazarevich advirtió contra esta interpretación.

«Lo que estamos diciendo es ‘detengan sus caballos'», dijo Nazarevich. «Necesitamos comprender mejor el resultado de PREX antes de que podamos sacar conclusiones de gran alcance».

Esto significa que existe cierta incertidumbre.

En su nuevo análisis, Nazareves y sus colegas prestan mucha atención a las incertidumbres o «barras de error» que son parte del experimento y los modelos utilizados para explicarlas. Al observar estas barras de error, la imagen que surge es que el resultado y los modelos de PREX son mucho más consistentes de lo que podría parecer inicialmente.

«No tenemos ninguna evidencia convincente en este momento 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. Y aunque este puede no ser el resultado más emocionante, no quita nada de la importancia del PREX resultado. Simplemente parece que es demasiado pronto para hacer confirmaciones definitivas sobre el tamaño de las pieles de neutrones y estrellasLo que requerirá más experimentos y mucho desarrollo de modelos «.

Con FRIB en línea en la primavera de 2022, también brindará nuevas formas de explorar estos problemas. De hecho, los estudios neutrón pieles y estrellas de neutrones Son los componentes principales del Portafolio de Ciencias de FRIB.

«La próxima generación de experimentos ayudará». Dijo Nazarewicz. «Pero dados los datos actuales, no hay una necesidad inmediata de reconsiderar nuestros libros de texto».


Los físicos especulan que las estrellas de neutrones pueden ser más grandes de lo que se pensaba


más información:
Paul Gerhard Reinhard et al., Contenido de información de la asimetría de homología-contraste en Pb208, Cartas de revisión física (2021). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.127.232501

La frase: La incertidumbre es inevitable, incluso en una ciencia precisa como la física nuclear (2021, 10 de diciembre) Obtenido el 10 de diciembre de 2021 de https://phys.org/news/2021-12-uncertainty-inescapable-science-precise-nuclear .html

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