Quatro forças fundamentais - a força eletromagnética, a gravidade e as forças nucleares fraca e forte - que governam o universo descrevem simultaneamente a interação das partículas e como essa interação constitui o mundo.
Os pesquisadores estão um passo mais perto de compreender a força nuclear forte, uma das forças mais misteriosas, graças a um estudo recente da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill e do Departamento de Energia dos EUA (DOE). Argonne National Laboratory.
Sua pesquisa baseia-se em teorias fundamentais da estrutura atômica desenvolvidas pela física Maria Goeppert Mayer, ganhadora do Prêmio Nobel de Argonne, no início dos anos 1960. Ela contribuiu para a criação de um modelo matemático de estrutura nuclear. A sua teoria esclareceu um mistério de longa data entre os cientistas: por que determinados números de protões e neutrões no núcleo de um átomo o tornam tão estável.
Ao investigar como a estrutura de um núcleo pode mudar quando este é formado num estado excitado através de uma reacção nuclear, a equipa de investigação já conduziu experiências comparáveis para examinar a força nuclear forte. Eles analisaram os 64 nêutrons e o próton níquel-64, que resultaram desses e de outros estudos realizados no exterior. Este núcleo pesa mais do que qualquer núcleo estável de níquel, com 28 prótons e 36 nêutrons. Quando estimulado a níveis de energia mais elevados, as características deste isótopo de níquel permitem-lhe alterar a sua estrutura.
Para seu experimento, a equipe usou o Argonne Tandem Linac Accelerator System, uma instalação de usuário do DOE Office of Science, para acelerar uma amostra de núcleos de Ni-64 em direção a um alvo principal. Os átomos de chumbo foram capazes de excitar os núcleos de Ni-64 através das forças eletromagnéticas resultantes da repulsão entre o chumbo e o níquel prótons.
Assemelha-se ao procedimento de aquecer um saco de pipoca no micro-ondas. Os grãos começam a explodir em vários formatos e tamanhos à medida que aquecem. A pipoca que sai do micro-ondas é diferente da que entrou e, mais importante, a energia aplicada aos grãos fez com que mudassem sua estrutura.
Os raios gama produzidos quando os núcleos de Ni-64 decaíram de volta ao seu estado fundamental foram descobertos pelo instrumento GRETINA depois que os núcleos de Ni-64 foram estimulados. A orientação das partículas envolvidas no contato foi verificada pelo CHICO2, um detector diferente. A equipe conseguiu identificar a forma (ou formas) que o Ni-64 assumiu como excitante, graças aos dados coletados pelos detectores.
A análise dos dados revelou que os núcleos de Ni-64 estimulados pelas interações com o chumbo também sofreram alteração estrutural. No entanto, dependendo da quantidade de energia aplicada, o núcleo atômico esférico do níquel assumiu uma forma achatada, semelhante a uma maçaneta, ou uma forma alongada, semelhante a uma bola de futebol. Esta descoberta é excepcional para núcleos pesados como o Ni-64, que possui muitos prótons e nêutrons.
Robert Janssens, professor da UNC-Chapel Hill e coautor do artigo, dito, “Um modelo é uma imagem da realidade e só é um modelo válido se puder explicar o que era conhecido antes e tiver algum poder preditivo. Estamos estudando a natureza e o comportamento dos núcleos para melhorar continuamente nossos modelos atuais da força nuclear forte.”
“As descobertas no Ni-64 e nos núcleos circundantes podem lançar as bases para futuras descobertas práticas no campo da ciência nuclear, como energia nuclear, astrofísica e medicina. Mais de 50% dos procedimentos médicos em hospitais hoje envolvem isótopos nucleares. E a maioria desses isótopos foi descoberta durante pesquisas fundamentais como a que estamos fazendo.”
Jornal de referência:
- D. Little, A. D. Ayangeakaa, et al. Excitação Coulomb Multistep de 64Ni: Coexistência de forma e natureza das excitações de baixo spin. Física Rev. C. DOI: 10.1103/PhysRevC.106.044313
