El Instituto de Física Moderna (IMP) de la Academia China de Ciencias, junto con el GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research, la Universidad de Fudan y más de una docena de instituciones, reportó la observación y espectroscopia del isótopo aluminio-20 (Al-20), el más ligero de este elemento registrado hasta el momento. El descubrimiento fue publicado el 10 de julio de 2025 en Physical Review Letters.
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El Al-20 es un nuclido inestable con siete neutrones menos que el isótopo estable de aluminio (Al-27) y se posiciona más allá de la línea de goteo de protones. Su modo de desintegración es excepcionalmente raro: en la primera etapa, el núcleo de Al-20 emite un protón y se transforma en magnesio-19 (Mg-19) en su estado fundamental. A continuación, Mg-19 sufre una desintegración simultánea emitiendo dos protones, configurando así un proceso único en el que tanto el núcleo original como su descendiente directo exhiben radiactividad a través de múltiples emisiones de protones. Esta es la primera vez que se identifica un emisor de tres protones cuyo núcleo hijo de la emisión de un protón aún es radiactivo y decae por la emisión de dos protones.
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Uno de los resultados más destacados de este estudio es que la energía de decaimiento del estado fundamental de Al-20 se registró notablemente más baja de lo que sugerían los modelos basados en la simetría de isospin. Este comportamiento indica una posible ruptura de simetría de isospin entre el Al-20 y su par espejo, el neón-20 (Ne-20), lo que abre nuevas preguntas sobre las interacciones nucleares en protones y neutrones bajo condiciones extremas. Además, cálculos teóricos recientes revelan que el espín-paridad del estado fundamental de Al-20 es distinto al de Ne-20, sugiriendo diferencias estructurales nucleares inesperadas.
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El trabajo se inserta en el contexto de la física de núcleos exóticos. De los más de 3,300 nuclidos descubiertos hasta la fecha, menos de 300 son estables de manera natural; el resto son inestables y muestran comportamientos como desintegración alfa, beta, captura electrónica, radiación gamma y fisión. En los últimos años, se han identificado modos de decaimiento poco comunes y complejos, entre ellos la emisión de varios protones, habitualmente en núcleos muy pobres en neutrones. El Al-20 representa un nuevo récord en la ligereza de los isótopos de aluminio y un ejemplo particularmente singular de decaimiento poliprotónico.
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La investigación fue posible gracias a una colaboración internacional de más de 15 instituciones y su relevancia se refleja tanto en los desafíos experimentales superados como en la repercusión teórica del hallazgo, afirmando el papel de estos centros en la frontera de la exploración nuclear.
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Referencia: X.-D. Xu et al, “Isospin Symmetry Breaking Disclosed in the Decay of Three-Proton Emitter Al-20”, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/hkmy-yfdk.