Ha hecho falta el superordenador más potente del planeta para resolver uno de los grandes enigmas de la física nuclear

Uno de los isótopos del calcio, el conocido como calcio-48, es muy especial. Y lo es debido a que aunque si somos rigurosos no podemos considerarlo un isótopo estable su vida media es lo suficientemente larga como para que en la práctica sea considerado estable. Lo interesante es que la excepcional estabilidad de su estructura atómica resulta muy útil para entender las fuerzas que cohesionan los átomos o desencadenan su fractura. Esto es lo que hace tan exótico y atractivo al calcio-48.

Durante las últimas cuatro décadas varios grupos de investigación han intentado dilucidar los mecanismos que hacen posible la estabilidad atómica de este elemento químico, pero no han tenido éxito. Y no lo han tenido debido a que no contaban con el respaldo del superordenador más potente que existe ahora mismo: Frontier, la ambiciosa máquina del Laboratorio Nacional Oak Ridge (EEUU). Gracias a este equipo los físicos nucleares de este centro de investigación han conseguido arrojar luz sobre el enigma del calcio-48.

Del calcio-48 a las supernovas

El propósito de los científicos del Laboratorio Nacional Oak Ridge involucrados en la investigación del calcio-48 era intentar comprender con toda la precisión posible las interacciones magnéticas que se producen en el núcleo del átomo de este elemento químico. Todavía no podemos afirmar que hayan conseguido entender todos los mecanismos que hacen posible su gran estabilidad, pero han dado varios pasos hacia delante muy importantes que sin duda nos animan a otear el futuro en este campo con optimismo.

"El núcleo de calcio-48 tiene un estado excitado que decae con rapidez debido a sus fuertes interacciones magnéticas", asegura Gaute Hagen, uno de los físicos que han participado en este estudio. "Estamos muy interesados en conocer con precisión las reglas que gobiernan la formación de los núcleos atómicos. Simular las fuerzas fundamentales dentro del calcio-48 nos ayuda a entender mejor cómo se crea este núcleo, y cabe la posibilidad de que nos entregue información acerca de los mecanismos de formación de otros núcleos".

Afrontar estas simulaciones sin contar con la titánica capacidad de cálculo de Frontier u otro superordenador similar sería esencialmente impracticable. En cualquier caso, lo realmente importante es que este conocimiento invita a los físicos nucleares a mirar más allá de los átomos que manipulan en sus laboratorios. Y es que lo que han aprendido y continuarán aprendiendo acerca del calcio-48 puede resultarles muy valioso a la hora de entender mejor las interacciones subatómicas que tienen lugar dentro de las supernovas.

A grandes rasgos una supernova es una explosión extraordinariamente energética que tiene lugar cuando una estrella masiva consume su combustible, y, por tanto, pierde el equilibrio hidrostático que la mantenía estable. Las supernovas son en gran medida las responsables de diseminar por el universo los elementos químicos producidos en el núcleo de las estrellas. Y gracias a ellas se producen también elementos pesados.

El calcio-48 abunda en el objeto colapsado que permanece después de la emisión de una supernova, y este elemento químico puede ayudar a los astrofísicos a entender la interacción de los neutrinos con la materia ordinaria. Suena muy prometedor. Confiemos en que Frontier y el equipo de científicos que lo operan nos den muy pronto otra sorpresa grata.

Imagen | OLCF at ORNL

Más información | Interesting Engineering

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