HADRONICA - Grupo de Física Nuclear y Hadrónica. Universidad de Granada

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Fuerza granulada nuclear

Científicos de HADRÓNICA encuentran una nueva parametrización de la interacción nucleón-nucleón

en representación GRANULADA a cortas distancias.

Resultados publicados en el arículo original
Partial wave analysis of nucleon-nucleon scattering below pion production threshold
por Rodrigo Navarro Pérez, José E. Amaro y Enrique Ruiz Arriola
http://arxiv.org/abs/arXiv:1304.0895

Los protones y neutrones son las partículas que componen el núcleo atómico. Estas dos partículas se denominan genéricamente nucleones. Cuando están lo suficientemente cerca, los nucleones se atraen entre sí con una fuerza muy intensa denominada
interacción fuerte o interacción nuclear. Esta fuerza es la responsable de que el núcleo se mantenga estable, y de que sea tan compacto que requiere una gran cantidad de energía para romperlo. Una caracterísitica de la fuerza o interacción nuclear es su corto alcance. Esta fuerza es muy pequeña si los nucleones están separados una distancia mayor de 3 Fermis (un "Fermi" es una unidad de distancia equivalente a diez elevado a menos 15 metros). Esta es la razón por la cual los tamaños de los núcleos son del orden de unos pocos Fermis.

La interacción fuerte se determina a partir de la QCD o Cromodinámica Cuántica, teoría que establece las propiedades e interacciones de los Quarks. Sin embargo la complejidad de la QCD no permite encontrar en la actualidad una representación útil y manejable de la interacción fuerte entre nucleones. Por este motivo los físicos nucleares recurren a las interacciones fenomenológicas, que son aproximaciones a la interacción fuerte. Una interacción fenomenológica consiste en una expresión matemática para la fuerza nucleón-nucleón, que se determina exigiendo que
se reproduzcan lo mejor posible los datos experimentales de dispersión nucleón-nucleón.

Las interacciones fenomenológicas utilizadas usualmente son funciones continuas, es decir, la fuerza nucleón-nucleón se conoce para todas las distancias de separación. La exigencia de la continuidad de la fuerza introduce problemas matemáticos en las ecuaciones de la física nuclear, ya que a muy cortas distancias la fuerza se hace muy grande y es repulsiva. Esta propiedad de la fuerza se denomina "core" repulsivo y ocurre a distancias de separación inferiores a 0.5 Fermis.
Aunque la existencia del core repulsivo está fuera de toda duda, su consideración introduce dificultades al aplicar las técnicas de resolución de las ecuaciones de estructura nuclear (ecuación de Schrodinger). Por ejemplo, la teoría de perturbaciones no es aplicable directamente porque la interacción no puede considerarse "pequeña".

En este trabajo de investigación, los miembros del grupo HADRÓNICA de la Universidad de Granada proponen una nueva forma de la interacción nuclear que trata de evitar el problema del core repulsivo. La idea es que la distancia típica entre las partículas en el interior del núcleo es aproximadamente 2 Fermis (esta es la distancia entre los centros de dos nucleones contíguos). Este valor se puede determinar fácilmente a partir de la fórmula del volumen nuclear, que es proporcional al número de partículas. El volumen por particula puede entonces determinarse y es aproximadamente constante para toda la tabla periódica. La distancia de 2 Fermis es solo el valor medio de la separación, que puede variar con el tiempo debido a que los nucleones se están moviendo en el interior del núcleo. En unas ocasiones dos nucleones estarán un poco más cerca y en otras un poco más lejos, pero raramente estarán a una distancia inferior a 0.5 Fermis. Además el movimiento de los nucleones se caracteriza por su velocidad (v) o por su cantidad de movimiento o momento lineal, p=m v, donde m es la masa.