Académico del Departamento de Física realiza investigación en Francia para unificar dos áreas clave de física nuclear

El profesor Hugo Arellano, académico del departamento de Física (DFI) de la Facultad de Ciencias Físicas y matemáticas (FCFM) de la Universidad de Chile y especialista en física nuclear teórica, se encuentra realizando una estadía de investigación de un año en el laboratorio Laboratorio de Materia en Condiciones Extremas del Comisariado de Energía Atómica de Francia (CEA), en Bruyères-le-Châtel, a unos 40 km al sur-oeste de París, uno de los centros más relevantes en Europa dedicados al estudio de la física de la materia, incluyendo la materia condensada, fluidos y plasma.

Durante su estancia, el investigador del DFI se encuentra trabajando en la intersección de dos áreas fundamentales de la especialidad -reacciones nucleares y estructura nuclear- que, históricamente, han evolucionado de manera relativamente independiente. “En general, estos dos ámbitos no suelen cruzarse. Si bien ambos pertenecen al campo de la física nuclear, se trata de comunidades científicas que, en la práctica, se centran en problemas, enfoques y esquemas de trabajo distintos”, explica Arellano.

En física nuclear, la estructura nuclear estudia cómo se organizan los protones y neutrones dentro del núcleo atómico, mientras que las reacciones nucleares analizan las colisiones entre partículas y núcleos. El trabajo del profesor busca desarrollar una descripción teórica unificada, que permita abordar ambos problemas dentro de un mismo marco conceptual.

Fenómenos extremos

La investigación del profesor Arellano es principalmente teórica y se orienta a describir y predecir el comportamiento de los núcleos atómicos, un desafío complejo considerando que existen miles de tipos de núcleos cuya estructura y reacciones aún no se comprenden completamente.

Según explica, este tipo de conocimiento es clave para interpretar fenómenos que ocurren en ambientes extremos del universo, como las supernovas o la fusión de estrellas de neutrones, donde la física nuclear juega un papel central. “En estos escenarios altamente energéticos y con condiciones extremas de densidad y radioactividad, la teoría es prácticamente la única herramienta que tenemos para comprender qué está ocurriendo realmente”, dice el investigador.

Secciones eficaces

Uno de los focos del trabajo teórico del académico es el estudio de las secciones eficaces (cross sections), una magnitud física que mide la probabilidad de que ocurra una interacción entre partículas, como colisiones, dispersión o absorción. Estas cantidades son fundamentales tanto para la modelación de reacciones nucleares, como para aplicaciones prácticas en energía nuclear, ya que permiten describir con mayor precisión los procesos que ocurren al interior de un reactor.

Según explica Arellano, aunque existe una gran cantidad de datos experimentales, todavía persisten incertidumbres importantes, especialmente en condiciones exóticas o poco exploradas, lo que limita la precisión de los modelos actuales.

Como parte de su investigación, el académico también desarrolla modelos teóricos basados en clusters de partículas alfa, sistemas formados por dos protones y dos neutrones que corresponden al núcleo del átomo de helio y que presentan una alta estabilidad. “La idea es utilizar estas estructuras como bloques fundamentales para describir ciertos núcleos atómicos ligeros y deformados, una hipótesis que actualmente se encuentra siendo desarrollada en colaboración con estudiantes del Departamento de Física”, detalla.

Este trabajo se lleva a cabo junto a los estudiantes del DFI Benjamín Silva, quien trabaja en una tesis relacionada con este modelo, y con Isaac Rivera, quien recientemente se incorporó al estudio de núcleos deformados.

Colaboración internacional

La estadía en CEA también tiene un componente importante de colaboración internacional y formación de estudiantes, uno de los aspectos que el profesor Arellano considera fundamentales para el desarrollo de la física  nuclear en Chile. “Estas colaboraciones, han permitido que estudiantes del DFI continúen sus estudios de doctorado en universidades internacionales y participen en redes científicas globales”, señala.

En este contexto, el investigador busca que estudiantes chilenos puedan acceder a instancias de formación y discusión científica internacional, incluyendo su participación en una escuela especializada que se realizará en Francia durante los próximos meses.

La estadía del profesor Arellano en el CEA refuerza además los vínculos de investigación del Departamento de Física de la Universidad de Chile con centros científicos de alto nivel, contribuyendo a posicionar a la FCFM en el desarrollo de la física nuclear teórica y en la formación de nuevas generaciones de investigadores.