El magnesio-18 (Mg18) es el isótopo más ligero de magnesio, que es el elemento 12 de la tabla periódica.

Magnesio-18. Crédito de la imagen: SM Wang / Fudan University & Facility for Rare Isotope Beams, Michigan State University.

La Tierra está llena de magnesio natural, forjado hace mucho tiempo en las estrellas, que desde entonces se ha convertido en un componente clave de nuestras dietas y minerales en la corteza del planeta. Pero este magnesio es estable. Su núcleo atómico, o núcleo, no se deshace. El isótopo magnesio-18, sin embargo, es demasiado inestable para encontrarse en la naturaleza.

Todos los átomos de magnesio tienen 12 protones dentro de sus núcleos. Anteriormente, la versión más ligera de magnesio tenía 7 neutrones, lo que le daba un total de 19 protones y neutrones, de ahí su designación como magnesio-19.

Para producir magnesio-18, que es más ligero en un neutrón, el Dr. Kyle Brown del Laboratorio Nacional de Ciclotrones Superconductores de la Universidad Estatal de Michigan y sus colegas comenzaron con un isótopo estable de magnesio, magnesio-24.

El ciclotrón en el Laboratorio Nacional de Ciclotrones Superconductores aceleró un haz de núcleos de magnesio-24 a aproximadamente la mitad de la velocidad de la luz y envió ese haz hacia un objetivo, que es una lámina metálica hecha del elemento berilio. Y ese fue solo el primer paso. “Esa colisión te da un montón de isótopos diferentes más livianos que el magnesio-24”, dijo el Dr. Brown.

"Pero de esa sopa, podemos seleccionar el isótopo que queremos".

En este caso, ese isótopo es magnesio-20. Esta versión es inestable, lo que significa que decae, generalmente en décimas de segundo. Entonces, el equipo está en un reloj para hacer que el magnesio-20 choque con otro objetivo de berilio a unos 30 m de distancia.

“Pero viaja a la mitad de la velocidad de la luz. Llega bastante rápido”, dijo el Dr. Brown.

Es esa próxima colisión la que crea magnesio-18, que tiene una vida útil en algún lugar en el estadio de béisbol de una sextillonésima parte de un segundo. Eso es tan poco tiempo que el magnesio-18 no se cubre con electrones para convertirse en un átomo de pleno derecho antes de desmoronarse. Existe solo como un núcleo desnudo.

De hecho, es tan poco tiempo que el magnesio-18 nunca abandona el objetivo de berilio. El nuevo isótopo decae dentro del objetivo. Esto significa que los científicos no pueden examinar el isótopo directamente, pero pueden caracterizar los signos reveladores de su descomposición.

Primero expulsa dos protones de su núcleo para convertirse en neón-16, que luego expulsa dos protones más para convertirse en oxígeno-14. Al analizar los protones y el oxígeno que escapan del objetivo, el equipo puede deducir las propiedades del magnesio-18.

“Este fue un esfuerzo de equipo. Todos trabajaron muy duro en este proyecto. Es muy emocionante. No todos los días la gente descubre un nuevo isótopo”, dijo el Dr. Brown.

Los resultados se publicaron en la revista Physical Review Letters .

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Y. Jin et al. 2021. First Observation of the Four-Proton Unbound Nucleus 18Mg. Phys. Rev. Lett 127 (26): 262502; doi: 10.1103/PhysRevLett.127.262502