El núcleo atómico no es solo una bolita de protones y neutrones. En su interior, como en un diminuto imán, hay una distribución propia de magnetización. Hasta ahora era difícil de observar: los núcleos viven fracciones de segundo insignificantes y su campo magnético es débil. Ahora, físicos del CERN han encontrado la manera de mirar en su interior.
Tomaron el isótopo de vida corta potasio-47 y lo colocaron en un campo magnético intenso. El núcleo, como la aguja de una brújula, comenzó a girar alrededor de la dirección del campo: esto se llama precesión de Larmor. La frecuencia de esta rotación se midió con una precisión de una millonésima. A partir de las diminutas desviaciones de la frecuencia respecto a la calculada, se pudo entender cómo se distribuye exactamente la magnetización dentro del núcleo: qué parte la crean los espines (la rotación propia de las partículas) y cuál su movimiento orbital.
La comparación con la teoría trajo una sorpresa: los cálculos sobreestiman la contribución del espín. Incluso teniendo en cuenta los complejos efectos de la interacción entre partículas, la teoría no coincide con el experimento. Pero cuando los científicos tomaron la forma espacial de la magnetización de otra teoría, todo coincidió. Entonces, el problema no está en la cantidad total de magnetismo, sino en cómo está "repartido" por el núcleo.
El nuevo método es una ventana al corazón del átomo. Ayudará a poner a prueba las teorías sobre la estructura del núcleo y a buscar rastros de nuevas partículas que podrían influir en las propiedades magnéticas de los átomos. El pequeño núcleo de potasio se ha convertido en una piedra de toque para la gran física.
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2603.20090
To date, the magnetic structure of nuclei has been poorly constrained, with limited information on its spatial distribution. In this work, we address the composition and distribution of nuclear magnetization in a precision study of short-lived $$^{47}$$K. We measure the Larmor frequency with part-per-million precision using liquid-state $$\beta$$-detected nuclear magnetic resonance at CERN-ISOLDE, improving determination of the experimental differential hyperfine anomaly relative to $$^{39}$$K by more than an order of magnitude. By combining these experimental results with relativistic all-orders atomic calculations and nuclear density functional theory, we obtain the relative spin and orbital contributions to the nuclear magnetic moments. Our analysis reveals an overestimation of the spin contribution predicted by nuclear theory, that persists even after considering two-body currents. Conversely, we show that the measured hyperfine anomaly is reproduced when adopting the spatial distribution of nuclear magnetization provided by density functional theory. The methodology introduced in this work establishes a means to probe the detailed magnetic structure of the nucleus. This is critical for benchmarking nuclear structure theory and calculations of symmetry-violating nuclear moments relevant to searches for physics beyond the Standard Model in atoms and molecules.
El núcleo de potasio-47 vive solo 17 segundos, pero en ese tiempo logra contar su estructura magnética.