HIAF estrena resultados con 10 iones de hafnio-153, en el límite de la estabilidad nuclear

El acelerador chino de iones pesados HIAF ha logrado su primer resultado físico durante la fase de puesta en marcha: producir e identificar hafnio-153 ((^153\mathrm{Hf})), un isótopo extremadamente raro y pobre en neutrones. El equipo observó apenas 10 iones, una cifra pequeña pero suficiente para demostrar que la nueva instalación puede alcanzar núcleos situados cerca del límite de la estabilidad nuclear.

El primer resultado de HIAF

La instalación High Intensity heavy-ion Accelerator Facility (HIAF) está ubicada en Huizhou, en la provincia china de Guangdong. Comenzó sus operaciones de prueba el 21 de julio de 2026 y fue diseñada para producir, separar y medir con precisión núcleos radiactivos poco frecuentes. Este tipo de experimentos permite determinar hasta dónde puede existir un núcleo atómico antes de volverse inestable.

El estudio fue dirigido por el Instituto de Física Moderna de la Academia China de Ciencias. En el trabajo también participaron la Universidad de la Academia China de Ciencias, el centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados, la Universidad de Colonia, la Universidad Tecnológica de China Oriental y el Laboratorio de Ciencia y Tecnología de la Energía Avanzada de Guangdong. Los resultados se publicaron como una comunicación breve en la revista Science Bulletin.

Por qué importa el hafnio-153

El hafnio-153 se encuentra en una región de núcleos pesados con una marcada escasez de neutrones. En estas condiciones, mantener unido el núcleo resulta cada vez más difícil porque el equilibrio entre protones y neutrones se aproxima a los límites de la estabilidad.

Antes de este experimento, el isótopo no había sido reportado. Confirmar su existencia y medir su masa proporciona un nuevo dato experimental para evaluar los modelos que intentan describir la masa y la estructura de núcleos difíciles de producir y observar.

La medición indica que el (^153\mathrm{Hf}) es un núcleo ligado o débilmente ligado, en línea con las predicciones de varios modelos de masas nucleares. Esto no resuelve por sí solo todas las cuestiones sobre el isótopo, pero sí ofrece una comprobación relevante de teorías utilizadas para predecir qué núcleos pueden existir en regiones todavía poco exploradas.

Cómo se produjeron los 10 iones

El experimento comenzó con un haz de bismuto-209 acelerado hasta 836,66 MeV por nucleón en el anillo impulsor de HIAF. El haz impactó contra un blanco de grafito y desencadenó reacciones de fragmentación del proyectil, que generaron una mezcla de núcleos radiactivos.

El reto principal era separar el hafnio-153 de los muchos productos de reacción más comunes. Para ello, los productos pasaron por la línea de haces de iones radiactivos de alta energía HIRIBL, que los filtró y transportó hasta SRing, el anillo de almacenamiento y espectrómetro de la instalación.

Los detectores de tiempo de vuelo ayudaron a distinguir los núcleos candidatos. Después, la espectrometría de masas isócrona permitió realizar la medición de precisión necesaria para identificar el isótopo. En total, el equipo registró 10 iones de (^153\mathrm{Hf}).

La sección eficaz de producción estimada se situó en la escala de los picobarns, lo que significa que el isótopo se creó con una frecuencia excepcionalmente baja. La identificación fue posible gracias a la combinación de un haz primario intenso, una separación de fragmentos de alta resolución y una técnica de espectrometría de masas sensible a partículas individuales.

Una observación independiente en Japón

Casi al mismo tiempo, investigadores del instituto japonés RIKEN observaron de forma independiente el (^153\mathrm{Hf}) en su Radioactive Isotope Beam Factory (RIBF), una instalación especializada en producir haces de isótopos radiactivos.

Que dos equipos hayan detectado el mismo isótopo de manera independiente es especialmente importante cuando se trabaja con tasas de producción tan bajas. En este caso, ambas observaciones se refuerzan mutuamente y proporcionan una base experimental más sólida para comparar las propiedades del hafnio-153 con las predicciones de la física nuclear.

Qué demuestra el resultado sobre HIAF

El hallazgo no representa el punto final del programa científico de HIAF, sino una primera demostración de rendimiento. El experimento muestra que el acelerador, la línea de transporte de haces radiactivos, los sistemas de separación y el anillo de medición de masas pueden funcionar de manera coordinada para estudiar núcleos muy raros y de vida corta.

A medida que aumenten la intensidad del haz y la eficiencia experimental, se espera que la capacidad de exploración de HIAF mejore aproximadamente dos órdenes de magnitud. Ese salto podría permitir descubrir más isótopos, someter los modelos de masas nucleares a pruebas más exigentes y medir propiedades de núcleos con desequilibrios cada vez más extremos entre protones y neutrones.

El hafnio-153 importa, por tanto, por dos motivos: es un núcleo nuevo y excepcionalmente difícil de producir e identificar, y constituye una prueba práctica de que HIAF ya puede investigar las zonas menos conocidas del mapa nuclear.