A billones de kilómetros de nuestro planeta, las reacciones nucleares dentro de estrellas en explosión producen la mayoría de los elementos naturales del universo.

Aquí en la Tierra, los físicos de la Universidad Estatal de Florida en el Laboratorio del Acelerador Superconductor John D. Fox replicarán esas reacciones para comprender mejor cómo funcionan y producen elementos. Su trabajo para investigar los componentes básicos del universo está financiado por una subvención de 9 millones de dólares de la Fundación Nacional de la Ciencia (NSF).

Los astrónomos investigan las explosiones estelares más distantes a través de múltiples “mensajeros”, como la luz visible, partículas de alta energía y ondas gravitacionales. Para comprender estas observaciones a distancia se requieren diversas áreas de la física, y la física nuclear desempeña un papel central. Los investigadores de la FSU pueden recrear las condiciones durante las explosiones estelares en el laboratorio, átomo por átomo, para comprender mejor las observaciones astronómicas y cómo dichas explosiones crean los elementos químicos que se encuentran en la naturaleza.

“Cuando miramos al universo, vemos diferentes estrellas y explosiones estelares con diferentes propiedades”, dijo Ingo Wiedenhoever, profesor del Departamento de Física y co-investigador principal del proyecto. “Para entender esas explosiones estelares es necesario que entendamos los ingredientes de esas estrellas. Algunas de estas explosiones nos dicen cosas sobre el espacio y el tiempo en sí, sobre cómo se expande el universo y cómo se acelera esa expansión. Estamos tratando de dar una base más sólida a nuestra comprensión de esas explosiones estelares y calibrarlas a un nivel en el que tengamos predicciones cuantitativas que podamos usar en observaciones astronómicas”.

El proyecto incluye dos objetivos de investigación principales: 

Estudio de las reacciones nucleares en el interior de las estrellas:  Al reproducir las reacciones nucleares que tienen lugar en las explosiones estelares, los físicos de la FSU pueden medir la velocidad a la que se producen las reacciones en las estrellas en explosión. Esa información permitirá a los investigadores comprender mejor las cantidades de elementos en el universo y contribuirá a una comprensión más profunda de las explosiones estelares.

Investigación de núcleos inestables:  El equipo de investigación también medirá el comportamiento de los llamados núcleos exóticos, que son átomos de cualquier elemento con el número estándar de protones y electrones pero con un número diferente de neutrones, ya sea inusualmente grande o pequeño. Son altamente inestables y no se dan de forma natural en la Tierra. Medir las propiedades de los núcleos exóticos puede dar a los físicos pistas sobre la naturaleza fundamental de cómo se mantienen unidos los núcleos en general.

Además de permitirnos comprender mejor el funcionamiento del universo, la física nuclear tiene muchas aplicaciones prácticas. La investigación de núcleos exóticos podría mejorar tecnologías como la obtención de imágenes médicas, los tratamientos contra el cáncer basados ​​en radioterapia, las mediciones industriales de alta precisión y más.

Desde su fundación en 1960, el Laboratorio Superconductor Fox ha estado a la vanguardia de la investigación y la educación en física.

“Desde que el gobernador LeRoy Collins estableció nuestro laboratorio hace 64 años, hemos sido un modelo de excelencia internacional para el estado de Florida y hemos establecido el estándar muy alto para la excelencia científica en Florida durante todo ese tiempo”, dijo el coinvestigador principal, el profesor Paul Cottle.

El programa de física nuclear de la FSU apoyado por esta subvención es uno de los principales educadores de científicos nucleares del país, tanto a nivel de pregrado como de doctorado, con un legado de décadas de liderazgo científico.

“La necesidad de graduados de doctorado en ciencias nucleares en el país está creciendo, y el país depende en gran medida de nuestra producción durante esos 64 años para satisfacer esas demandas de científicos nucleares”, dijo Cottle. “Hablamos de las aplicaciones de nuestra investigación. Bueno, tal vez el producto más importante de nuestra investigación sean nuestros estudiantes de posgrado y cómo ayudan al país a avanzar en su agenda de ciencia nuclear”.

Otros físicos de la FSU que son coinvestigadores principales de este proyecto son la profesora adjunta Vandana Tripathi, el profesor adjunto Mark Spieker, el profesor asociado Sergio Almaraz-Calderón y el profesor Samuel Tabor. Colaborarán con investigadores de todo el país, incluidos estudiantes y profesores de la Universidad Estatal de Luisiana, la Universidad de Ohio, el Laboratorio Nacional de Oak Ridge y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.