Els elements de la taula periòdica es van crear en els estels a partir dels més simples, hidrogen i heli. Els més pesats, com el platí, l'or o l'urani, es van originar probablement durant la mort d'estels gegants, quan col·lapsen en una explosió supernova. Ara, un grup d'investigadors de l'Institut de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV) ha creat en el laboratori alguns dels nuclis més pesats que es produeixen en aquest tipus de cataclismes còsmics per a mesurar per primera vegada un procés clau en la formació d'aquests elements. Els resultats, que publiquen en Physical Review Letters, permetran millorar les teories que expliquen l'estructura nuclear i entendre la producció dels elements més pesats de l'Univers.

Davant la falta de dades sobre escenaris tan extrems com les supernoves o col·lisions de sistemes binaris d'estels de neutrons, els investigadors tracten de reproduir i analitzar en el laboratori els productes o “cendres” d'aquests esdeveniments. És el que van fer els físics del IFIC utilitzant els intensos feixos de nuclis radioactius del laboratori GSI (Darmstadt, Alemanya): en col·lisionar nuclis d'urani amb un blanc fix, aquests es desintegren donant lloc a altres nuclis extremadament inestables (exòtics), com ocorre en les explosions de supernova quan es formen els elements, la qual cosa es coneix com ‘nucleosíntesis explosiva’.

En aquest procés juga un paper fonamental la desintegració beta, per la qual els nuclis exòtics ‘cerquen’ l'estabilitat transformant en el seu interior neutrons en protons. Conèixer els detalls de la desintegració beta és molt important: el temps que tarden a desintegrar-se els nuclis exòtics determina l'escala temporal d'aquests processos de nucleosíntesis explosiva, mentre que el nombre de neutrons emesos influeix en les abundàncies dels elements pesats que trobem en la naturalesa.

Així, els investigadors del IFIC han sigut els primers a mesurar el procés d'emissió retardada de neutrons que es produeix en la desintegració beta en els nuclis més pesats estudiats fins al moment, que se situen al voltant del nombre màgic de 126 neutrons. Els ‘nombres màgics’ són agrupacions de nucleons (protons i neutrons) entorn d'una determinada quantitat (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126) que correspon a completar una ‘capa’ del nucli, la qual cosa els confereix major estabilitat. Els nuclis estudiats són molt rics en neutrons, es desintegren en segons i donen lloc a elements com el platí o l'or.

Aquest procés solament s'havia mesurat en 230 dels 5.000 nuclis que es formen en aquest tipus d'entorns estel·lars explosius. En l'article publicat en Physical Review Letters els investigadors del IFIC ofereixen mesures de la desintegració beta de 20 elements pesats, 9 d'ells publicats per primera vegada, i quantifiquen l'emissió de neutrons en varis d'ells. Segons César Domingo Pardo, investigador del IFIC que participa en l'estudi, “aquestes mesures serviran per a constreñir els models teòrics del nucli atòmic i les condicions físiques dels escenaris estel·lars explosius que donen lloc als nuclis pesats en l'Univers”.

“En l'actualitat solament hi ha tres models globals que descriuen el nucli atòmic, i, per als nuclis més pesats com els empleats en aquest estudi, tots fallen en les prediccions de les vides mitjanes de la desintegració beta”, revela Domingo. Així, les noves dades experimentals obtinguts ajudaren a millorar els càlculs teòrics per a descriure la física nuclear que determina la producció d'elements pesats com l'or i l'urani.

Aquestes mesures es van realitzar amb BELEN (Beta dELayEdNeutron detector), un detector de neutrons dissenyat i construït conjuntament pel IFIC i la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) per al futur laboratori europeu de física nuclear FAIR. Aquest dispositiu ja s'usa en aquest tipus d'experiments en instal·lacions com JYFL (Finlàndia), GSI (Alemanya) o RIKEN (Japó). El treball publicat forma part de la tesi doctoral de Roger Caballero Folch (UPC), qui actualment realitza una estada postdoctoral en TRIUMF (Vancouver).