Físicos encontram núcleo atômico com uma ‘bolha’ em seu centro

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Cientistas encontraram a primeira evidência experimental de que um núcleo atômico pode possuir bolhas.

Um instável isótopo silício-34 possui um centro semelhante a uma bolha, escassa em prótons, conforme relatam os cientistas na Nature Physics, em 24 de outubro de 2016.

Esse núcleo em forma de bolha poderia ajudar os cientistas a compreender como os elementos pesados nascem no universo, e ajudá-los também a encontrar novos isótopos estáveis ultra-pesados.

Em sua forma quântica peculiar, prótons e nêutrons presentes em um núcleo se recusam a existir em apenas um lugar de cada vez. Em vez disso, eles se espalham através do núcleo em orbitais atômicos, que descrevem a probabilidade de um próton ou nêutron ser encontrado em um determinado ponto. Normalmente, devido à força nuclear que mantém os dois tipos de partículas unidos, os núcleos têm uma densidade bastante constante em seus centros, independentemente do número de prótons e nêutrons que eles contém. No silício-34, entretanto, alguns cientistas imaginaram que um dos orbitais do próton que preenche o centro do núcleo poderia estar quase vazio, criando um núcleo da bolha. Mas nem todas as teorias concordavam com essa hipótese. “Esta foi a razão para fazer a experiência”, diz o co-autor Olivier Sorlin, físico nuclear do National Large Heavy Ion Accelerator, GANIL, em Caen, na França. “Algumas pessoas não acreditavam que isso existisse”.

Em busca do núcleo em forma da bolha, os cientistas quebraram o núcleo do silício-34 com berílio – que espantou os prótons para fora do núcleo, criando alumínio-33. Os núcleos do alumínio-33 resultante apresentaram estados de energia intensa, e rapidamente foram perdendo energia, emitindo fótons e partículas leves. Ao observar a energia desses fótons, Sorlin e seus colegas puderam reconstruir o orbital do próton que fora expulso do núcleo.

Os cientistas descobriram que eles ejetaram poucos prótons do orbital central que os teóricos haviam predito que estariam vazios. Enquanto o orbital pode teoricamente conter até dois prótons, ele detinha apenas 0,17 prótons, em média. No silício-34, a densidade de prótons centrais é cerca da metade de um núcleo comparável, calculam os cientistas, depois de considerar outros orbitais centrais que contêm números normais de prótons. (A densidade de nêutrons no centro do silício-34, no entanto, é normal).

“O que eles estão fazendo é extremamente difícil”, disse o físico teórico nuclear Paul-Henri Heenen, da Universidade Livre de Bruxelas, na Bélgica. De acordo com ele, o silício-34 não é estável, e trabalhar com ele demanda muita velocidade.

À medida em que os prótons são adicionados aos núcleos, eles enchem os orbitais de forma sequencial, de acordo com seus níveis de energia. O silício-34 é especial, tem um certo número “mágico” de prótons e nêutrons em seu núcleo. Há uma variedade de tais números, que aumentam a estabilidade dos núcleos atômicos. Isso significa que a energia necessária para impulsionar um próton para a próxima orbital é particularmente alta. Isso pode explicar a presença da bolha. Para um próton saltar para o orbital central, ele precisa de muito mais energia. Assim, o centro do silício-34 permanece escassamente povoado.

A pesquisa pode servir para ajudar os cientistas a entender mais sobre a atividade dos prótons em seu orbital, entre outros fatores. Além disso, uma maior compreensão desse funcionamento pode ajudar os cientistas a entender como os elementos são forjados em raros cataclismos cósmicos, como a fusão de duas estrelas de nêutrons. Lá, os núcleos sofrem uma complexa cadeia de reações, engolindo nêutrons e se ‘decompondo’ por conta da radiação.

Modelar esse processo requer uma compreensão precisa da estabilidade de vários núcleos. E é isso que pesquisa futuras podem providenciar.

Originalmente por Emily Conover | ScienceNews

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