El nuevo trabajo publicado en Physical Review Letters se propone ir más allá de la descripción tradicional y abordar una pregunta de fondo: si esa estabilidad puede explicarse directamente a partir de las interacciones fundamentales entre protones y neutrones. El artículo, titulado «From spin to pseudospin symmetry: The origin of magic numbers in nuclear structure», no se limita a reproducir los datos conocidos, sino que intenta conectar, de manera explícita, las fuerzas nucleares realistas con la estructura en capas que aparece en los manuales de física nuclear, según MuyInteresante.es
En física nuclear, los números mágicos corresponden a configuraciones en las que una capa interna de nucleones queda completamente llena. Cuando eso ocurre, el núcleo adquiere una estabilidad reforzada frente a excitaciones o desintegraciones. Como señala el propio artículo, “Los números mágicos se sitúan en el corazón de la estructura nuclear, reflejando una estabilidad reforzada en núcleos con capas cerradas”. Esta frase resume la idea central del modelo de capas: la estabilidad está asociada a estructuras internas organizadas.
El paralelismo con los electrones en los átomos ayuda a entender el concepto. En química, cuando una capa electrónica se completa, el elemento muestra propiedades particularmente estables. En el núcleo sucede algo parecido, pero el entorno físico es mucho más exigente. Aquí actúa la fuerza nuclear fuerte (una de las cuatro fuerzas), una interacción de corto alcance que mantiene unidos a protones y neutrones pese a la repulsión eléctrica entre cargas positivas.
El modelo de capas nuclear logró explicar los números mágicos introduciendo un término crucial en la energía de los nucleones: el acoplamiento espín-órbita. Este término separa estados que, sin él, tendrían energías muy similares. Gracias a esa separación aparecen huecos energéticos amplios entre capas completas y las siguientes, lo que da lugar a los números mágicos más altos, como 28, 50 u 82.
El éxito descriptivo del modelo de capas no resolvió el problema de fondo. Aunque se acepta que el acoplamiento espín-órbita es clave para explicar los números mágicos más allá de 20, su origen microscópico no estaba claro. El artículo lo expresa con precisión: “Aunque la aparición de números mágicos más allá de 20 se atribuye comúnmente a un fuerte acoplamiento espín-órbita, el origen microscópico del potencial espín-órbita sigue siendo esquivo”.
Esta dificultad no es menor. Las fuerzas nucleares se derivan, en última instancia, de la interacción fuerte descrita por la cromodinámica cuántica. Sin embargo, a las energías típicas de los núcleos atómicos, no es posible trabajar directamente con quarks y gluones. Por eso se emplean teorías efectivas, como la teoría efectiva quiral, que permiten describir las interacciones entre nucleones con distintos niveles de resolución.
Aquí entra en juego una herramienta matemática fundamental: el grupo de renormalización por similitud (SRG). Esta técnica permite transformar una interacción nuclear de alta resolución en otra de baja resolución, modificando su forma sin cambiar los observables físicos finales. El estudio utiliza esta herramienta para analizar cómo evoluciona la estructura en capas cuando se cambia la resolución con la que se describen las fuerzas.