Por mais de uma década, uma equipe interdisciplinar de químicos e físicos em Artes e Ciências na Universidade de Washington em St. Louis tem perseguido o núcleo atômico. Com estudos progressivos, eles subiram na cadeia de elementos para o cálcio-48, uma mercadoria sólida extremamente rara que tem mais nêutrons do que prótons e, Como tal, tem um preço elevado de US $ 100, 000 por grama.

É um material peculiar, com este estudo particular levando os químicos Robert J. Charity e Lee G. Sobotka da Universidade de Washington do Laboratório Nuclear da Duke's Triangle Universities para o Laboratório Nacional de Los Alamos (N.M.) do Departamento de Energia.

"Se você deixar em uma mesa, se transforma em pó, "disse a co-autora Charity, um professor pesquisador de química em artes e ciências. "O cálcio oxida muito rapidamente no ar. Era uma preocupação."

Em última análise, três gramas de Ca-48 ajudaram a produzir uma descoberta de dois gumes para Charity e co-autor Willem H. Dickhoff, professor de física. Sua equipe descobriu uma estrutura para prever onde os nêutrons habitarão um núcleo e uma maneira de prever a espessura da pele de um núcleo.

Em sua pesquisa publicada em 29 de novembro em Cartas de revisão física , eles previram como os nêutrons criariam uma pele grossa, e que esta camada de Ca-48 - 3,5 femtômetros (fm) em raio - medido 0,249 + 0,023 fm.

Para converter isso em centímetros, mediria 2,49 × 10 ^-14 cm. Os pesquisadores dizem que a principal descoberta é que a pele é mais espessa e rica em nêutrons do que se acreditava anteriormente.

"Isso nos liga à astrofísica e, em particular, física estrela de nêutrons, "Dickhoff disse sobre os resultados da pesquisa." O experimento de Los Alamos foi fundamental para a análise que buscamos. No final, porque tem esse conjunto adicional de nêutrons, ele nos leva a informações que nos ajudam a esclarecer ainda mais a física das estrelas de nêutrons, onde há muito mais nêutrons em relação aos prótons.

"E isso nos dá a oportunidade de prever onde estão os nêutrons no Ca-48, "Dickhoff disse." Essa é a informação crítica, o que leva à previsão da pele de nêutrons. "

Para caridade, Dickhoff e co-autores Hossein Mahzoon, PhD '15, professor de física na Truman State University em Kirksville, Mo., e Mack Atkinson, um candidato a PhD em física na Washington University, a perseguição continua.

Eles observam com interesse enquanto o Ca-48 está programado para passar pelo teste de espessura de pele mais limpo disponível através do acelerador de elétrons no Thomas Jefferson National Accelerator Facility em Newport News, Va.

Além disso, eles passam a subir na cadeia de elementos de núcleos ricos em nêutrons até o que Charity chamou de "núcleo famoso" de Chumbo-208. Michael Keim, um sênior em física, está liderando um estudo do Lead-208.

"Isso nos dará um controle experimental sobre se nossa análise é realmente preditiva, "Dickhoff disse." Achamos que temos um bom argumento para pensar que ele tem uma casca grossa. Há um grande grupo de pessoas ... que prevêem uma pele menor. Isso é diretamente relevante para a compreensão do tamanho das estrelas de nêutrons. Ainda não está claro quão grande é uma estrela de nêutrons - seu raio. "

A maneira como eles fizeram suas análises e alcançaram essa estrutura preditiva também faz parte de sua busca de uma década. Seu grupo de química-física subscreve "relações de dispersão, "que Sobotka, que é professor de química e física, explicou simplesmente:"É o que lhe diz para não rir antes de sentir cócegas. Isso significa que a causalidade é devidamente levada em consideração."

Resumidamente, eles analisam todas as energias simultaneamente, em vez de se concentrar em uma única energia.

Desde a primeira publicação juntos em 2006, eles usaram o modelo óptico dispersivo (DOM) desenvolvido há um quarto de século por Claude Mahauxa, um teórico nuclear da Bélgica. Eles o expandiram - através de domínios de energia e isótopos - para que pudessem tentar prever onde estão as partículas nucleares.

“Tivemos que dar o passo técnico para incluir as sensibilidades das partículas, "Dickhoff disse. Ele usou as mãos para ilustrar o centro e depois o resto de um núcleo:" Se eles estão aqui, eles também foram influenciados por todos os outros lugares. Que chamamos de 'não localidade'. Sem isso, você não pode fazer essas previsões. "

Elementos ricos em nêutrons pesados ​​se comportam de maneira diferente. Portanto, essa equipe continua subindo nas classes de peso pesado:Ca-40, Ca-48, Chumbo-208. "Quão longe você pode ir ao longo de uma cadeia de isótopos até perder nêutrons?" Charity disse. Isso lhes dá pele no jogo da pele.

"Quando você coloca nêutrons extras, não gosta disso, certo? "Charity disse do núcleo atômico." Ele tem que descobrir como acomodar esses nêutrons extras. Ele pode colocá-los uniformemente em todo o núcleo. Ou pode colocá-los na superfície. Portanto, a questão é:esta força é mais forte na região de baixa densidade do núcleo ou mais fraca? "

"Nós sabemos onde estão os prótons, "Dickhoff acrescentou." Isso está bem estabelecido experimentalmente. Mas você não pode fazer isso facilmente com nêutrons. Eu simplesmente quero saber o que é um núcleo, um próton ou um nêutron, está fazendo. Como ele está gastando seu tempo? Os núcleos são mais interativos - eles fazem outras coisas além de ficarem quietos em suas órbitas. É isso que esse método pode nos dizer. "

Sua estrutura DOM não local - mais de uma década em construção - usa modelagem de computador e cálculos, bem como a experimentação de laboratório. Isso permite que eles "façam uma previsão bem fundamentada e levada a sério, "Dickhoff disse." Em seguida, teremos uma medição para Lead-208. "