Núcleo con halo

En física nuclear, se habla de un núcleo con halo (o también se dice que posee un halo nuclear) cuando su núcleo está rodeado por algunos protones o neutrones en órbita, lo que hace que el radio del núcleo sea apreciablemente mayor que el predicho por el modelo de la gota líquida. Aparecen en los bordes extremos de la tabla de nucleidos (línea de goteo de neutrones y línea de goteo de protones) y tienen vidas medias cortas, medidas en milisegundos. Se estudian poco después de su formación en un haz de iones.

Fundamento

Normalmente, un núcleo atómico es un grupo estrechamente unido de protones y neutrones. Sin embargo, en algunos nucleidos existe un exceso de algún tipo de nucleón. En algunos de estos casos se formará un núcleo más o menos compacto y un halo.

A menudo, esta propiedad puede detectarse en experimentos de dispersión, que muestran que el núcleo es mucho más grande que el valor esperado. Normalmente, la sección transversal (correspondiente al radio clásico) del núcleo es proporcional a la raíz cúbica de su masa, como sería el caso de una esfera de densidad constante. Específicamente, para un núcleo de número másico A, el radio r es (aproximadamente)

$r=r_{\circ }A^{\frac {1}{3}},$

donde $r_{\circ }$ es 1,2 fm.

Un ejemplo de núcleo con halo es el ¹¹Li, que tiene una vida media de 8,6 ms. Contiene un núcleo de 3 protones y 6 neutrones, y un halo de dos neutrones independientes y débilmente unidos. Se desintegra en ¹¹Be mediante la emisión de un antineutrino y un electrón.​ Su radio de masa de 3,16 fm es cercano al del ³²S o, aún más impresionante, al del ²⁰⁸Pb, ambos núcleos mucho más pesados.​

La confirmación experimental de los halos nucleares se estaba desarrollando a comienzos del siglo XXI. Se sospechaba de otros candidatos, y se calculó que varios nucleidos, incluidos ⁹B, ¹³N y ¹⁵N, tienen un halo en estado excitado pero no en estado fundamental.​

Lista de nucleidos conocidos con halo nuclear

Los núcleos conocidos que tienen un halo de neutrones incluyen el ¹¹Be​ y el ¹⁹C. El ⁶He, el ¹¹Li, el ¹⁷B, el ¹⁹B y el ²²C exhiben un halo de dos neutrones.

Los núcleos con un halo de dos neutrones se dividen en tres fragmentos y se denominan borromeanos debido a este comportamiento, de manera análoga a cómo los tres lóbulos de un nudo borromeo están unidos, aunque ninguno de los dos comparte un vínculo. Por ejemplo, el núcleo del halo de dos neutrones del ⁶He (que puede considerarse como un sistema de tres cuerpos que consta de una partícula alfa y dos neutrones) está unido, pero ni el ⁵He ni el dineutronio lo están. El ⁸He y el ¹⁴Be exhiben un halo de cuatro neutrones.

Los núcleos que tienen un halo de protones incluyen el ⁸B y el ²⁶P. El ¹⁷Ne y el ²⁷S exhiben un halo de dos protones. Se espera que los halos de protones sean más raros e inestables que los halos de neutrones, debido a las fuerzas repulsivas del exceso de protones.

Número atómico	Nombre	# de isótopos con halo nuclear	Isótopos con halo nuclear	Composición del halo	Semivida (ms)​
2	Helio	2	Helio-6 Helio-8	2 neutrones 4 neutrones	801(10) 119.1(12)
3	Litio	1	Litio-11	2 neutrones	8.75(14)
4	Berilio	2	Berilio-11 Berilio-14	1 neutrón 4 neutrones	13810(80) 4.35(17)
5	Boro	3	Boro-8 Boro-17 Boro-19	1 protón 2 neutrones 4 neutrones	770(3) 5.08(5) 2.92(13)
6	Carbono	2	Carbono-19 Carbono-22	1 neutrón 2 neutrones	49(4) 6.1+1.4 −1.2
10	Neón	1	Neón-17	2 protones	109.2(6)
15	Fósforo	1	Fósforo-26	1 protón	43.7(6)
16	Azufre	1	Azufre-27	2 protones	15.5(15)

Véase también

• Núcleo atómico
• Anexo:Isótopos de litio
• Litio
• Átomo exótico
• Núcleo borromeano

Lecturas adicionales

• Nörtershäuser, W.; Tiedemann, D.; Žáková, M.; Andjelkovic, Z.; Blaum, K.; Bissell, M. L.; Cazan, R.; Drake, G. W. F.; Geppert, Ch.; Kowalska, M.; Krämer, J.; Krieger, A.; Neugart, R.; Sánchez, R.; Schmidt-Kaler, F.; Yan, Z.-C.; Yordanov, D. T.; Zimmermann, C. (2009). «Nuclear Charge Radii of Be7,9,10 and the One-Neutron Halo Nucleus Be11». Physical Review Letters 102 (6): 062503. Bibcode:2009PhRvL.102f2503N. PMID 19257582. S2CID 24357745. arXiv:0809.2607. doi:10.1103/PhysRevLett.102.062503. 
• Atomic Nucleus with Halo: For the First Time, Scientists Measure the Size of a One-Neutron Halo with Lasers. 2009. «The measurements revealed that the average distance between the halo neutrons and the dense core of the [Be-11] nucleus is 7 femtometers. Thus, the halo neutron is about three times as far from the dense core as is the outermost proton, since the core itself has a radius of only 2.5 femtometers.» 
• Marqués, F. M.; Labiche, M.; Orr, N. A.; Angélique, J. C.; Axelsson, L.; Benoit, B.; Bergmann, U. C.; Borge, M. J. G.; Catford, W. N.; Chappell, S. P. G.; Clarke, N. M.; Costa, G.; Curtis, N.; d'Arrigo, A.; De Góes Brennand, E.; De Oliveira Santos, F.; Dorvaux, O.; Fazio, G.; Freer, M.; Fulton, B. R.; Giardina, G.; Grévy, S.; Guillemaud-Mueller, D.; Hanappe, F.; Heusch, B.; Jonson, B.; Le Brun, C.; Leenhardt, S.; Lewitowicz, M. et al. (2002). «Detection of neutron clusters». Physical Review C 65 (4): 044006. Bibcode:2002PhRvC..65d4006M. S2CID 37431352. arXiv:nucl-ex/0111001. doi:10.1103/PhysRevC.65.044006. 

• Datos: Q1128608