Estudo quântico pode explicar mistério sobre núcleos radioativos

Pesquisadores do Departamento de Energia do Laboratório Nacional Oak Ridge, liderados pelo físico nuclear Timothy Gray, descobriram uma propriedade potencialmente revolucionária do núcleo atômico que poderia remodelar nossa compreensão da física nuclear. Suas descobertas foram publicadas na revista Physical Review Letters.

Os átomos são conhecidos por se transformar em forma e energia, variando de estruturas arredondadas a construções mais deformadas. O enigma de como as formas se alinham com os níveis de energia permanece, especialmente em pontos ainda pouco estudados.

Historicamente, os modelos predominantes sugeriram que os núcleos radioativos deveriam se manifestar no formato esférico em seus estados fundamentais e distorcidos quando 'estressados'. No entanto, esta teoria não se manteve firme para alguns tipos de núcleos específicos. Curiosamente, alguns núcleos radioativos arredondados mostraram uma disposição curvada em sua base.

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Há casos em que uma proporção desequilibrada de nêutrons para prótons impulsiona a energia de um estado deformado agitado abaixo de sua contraparte fundamental redonda. Essa troca intrigante de formas parece predominante em núcleos raros e selecionados. Um aspecto fascinante é que, uma vez que o núcleo adota uma base deformada, suas derivadas ecoam a mesma deformação.

Um feixe de núcleos excitados de sódio-32 é implantado no iniciador FRIB Decay Station, que detecta assinaturas de decaimento de isótopos. Crédito: Gary Hollenhead, Toby King e Adam Malin/ORNL, Departamento de Energia dos EUA.Fonte:  Oak Ridge National Laboratory 

Os dados inovadores, reunidos em 2022 a partir do primeiro experimento no Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) da Michigan State University, revelaram um estado excitado único e duradouro de sódio-32 radioativo. Esse estado recém-descoberto, com um tempo de vida extraordinário de 24 microssegundos, é chamado de isômero e sugere um comportamento nuclear incomum.

Uma gama de equipamentos avançados, incluindo o iniciador FRIB Decay Station (FDSi) e o detector de implantação construído por UT Knoxville, facilitaram essa descoberta.

A equipe de pesquisa detectou raios gama emitidos por núcleos de sódio-32 à medida que decaíam, usando essas observações para determinar a longevidade do isômero. Dois modelos potenciais podem explicar as energias e o tempo de vida observados experimentalmente, necessitando de mais pesquisas.

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Experimentos futuros no FRIB, aprimorados por atualizações, aprofundarão esse mistério. Gray sugere um método potencial: observar as correlações entre os raios gama para distinguir a natureza real do estado excitado no sódio-32. Este experimento pode determinar se o estado é esférico ou deformado, cada um oferecendo implicações distintas para a física nuclear.

Este estudo é um esforço colaborativo, envolvendo 66 especialistas de 20 instituições renomadas, destacando a importância das descobertas e seu impacto potencial no mundo da pesquisa atômica.

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