No toda la materia que nos rodea es estable. Algunas sustancias sufren desintegración radiactiva para formar isótopos más estables. Utilizando equipos avanzados en el Instituto Ciclotrón de la Universidad Texas A&M, los científicos han observado por primera vez una desintegración radiactiva única del oxígeno-13, produciendo tres núcleos de helio, un protón y un positrón.
Los científicos han observado por primera vez un nuevo patrón de descomposición. En esta desintegración, una forma más ligera de oxígeno, el oxígeno-13 (que tiene 8 protones y 5 neutrones), se desintegra dividiéndose en 3 núcleos de helio (átomos sin electrones circundantes), 1 protón y 1 positrón (la versión antimateria de un electrón).
Los científicos observan esta desintegración observando cómo se rompen los núcleos atómicos individuales y midiendo los productos de la ruptura.
Los científicos han observado previamente patrones interesantes en la desintegración radiactiva, un proceso conocido como "desintegración beta-plus". En este proceso, los protones se convierten en neutrones y liberan parte de la energía producida por la emisión de positrones y antineutrinos. Después de la desintegración beta inicial, el núcleo resultante puede tener suficiente energía para eliminar partículas adicionales, volviéndose más estable.
Este nuevo modo de desintegración es la primera observación de la desintegración beta liberando tres núcleos de helio (partículas alfa) y un protón. Los hallazgos permiten a los científicos comprender el proceso de desintegración y las propiedades del núcleo antes de la desintegración.
Una imagen de partículas producidas después de que un núcleo sufre una desintegración beta de este nuevo modo de desintegración. El núcleo resultante se divide en tres núcleos de helio (α) y un protón (p), que provienen de un punto de desintegración (círculo rojo). Fuente de la imagen: Cortesía de J.Bishop
En este experimento, los investigadores utilizaron el Instituto Ciclotrón de la Universidad Texas A&M para producir un haz de núcleos radiactivos de alta energía (aproximadamente el 10% de la velocidad de la luz). Enviaron este haz de material radiactivo (oxígeno-13) a un dispositivo llamado Cámara de Proyección de Tiempo de Objetivo Activo de Texas (TexATTPC). Este material se detiene dentro del detector, que está lleno de gas dióxido de carbono, y se desintegra después de unos 10 milisegundos emitiendo un positrón y un neutrino (desintegración beta-plus).
Los investigadores implantaron oxígeno-13 en el detector núcleo por núcleo y esperaron a que se desintegrara, luego usaron TexATTPC para medir cualquier partícula que se evaporara después de la desintegración beta. Luego, utilizaron un programa de computadora para analizar los datos y determinar los rastros que dejaban las partículas en el gas. De esta manera, pudieron identificar un evento raro (que ocurre solo una vez cada 1.200 desintegraciones) en el que se liberan cuatro partículas después de la desintegración beta.