Pesquisadores da Michigan State University mediram pela primeira vez os núcleos de três isótopos de cálcio ricos em prótons, de acordo com um novo artigo publicado em Física da Natureza .

Uma das propriedades mais fundamentais do núcleo é seu tamanho. O raio nuclear geralmente aumenta com o número de constituintes de prótons e nêutrons. Contudo, quando examinado de perto, os raios variam de maneiras únicas, refletindo o comportamento intrincado de prótons e nêutrons dentro do núcleo.

De particular interesse é a variação dos raios de carga dos isótopos de cálcio. Eles exibem um comportamento peculiar com o cálcio-48 tendo quase o mesmo raio do cálcio-40, um máximo local em cálcio-44, um padrão distinto de ziguezague ímpar-par, e um raio muito grande para o cálcio-52. Embora o padrão tenha sido parcialmente explicado (linha cinza na figura), muitas teorias existentes lutam para explicar esse comportamento. Abaixo do isótopo de cálcio-40 estável mais leve, o raio de carga é conhecido apenas para o cálcio-39, devido à dificuldade em produzir núcleos de cálcio ricos em prótons.

O raio de um núcleo de cálcio é pequeno, cerca de 0,0000000000000035 metros (ou 3,5 femtômetros), e a variação local é 200 vezes menor ainda. Além disso, os isótopos de cálcio ricos em prótons têm vida curta. Por exemplo, cálcio-36 existe por apenas um décimo de segundo. As pequenas mudanças nos raios de carga de isótopos de vida muito curta podem ser medidas usando a técnica de espectroscopia a laser desenvolvida no BEam COoler e espectroscopia LAser, BECOLA, instalação no Laboratório Nacional de Ciclotron Supercondutor na Michigan State University.

A pesquisa, liderado por Andrew Miller, Assistente de graduação NSCL, medido pela primeira vez (quadrados vermelhos na figura) os raios de carga de três isótopos de cálcio ricos em prótons (com números de massa A =36, 37, 38). Eles foram considerados muito menores do que as previsões teóricas anteriores e apresentam um novo quebra-cabeça. Contudo, um modelo teórico aprimorado com foco nesses dados presentes reproduz notavelmente a tendência geral dos raios do cálcio-36 até o cálcio-52 (linha azul na figura). Esse sucesso pode ser atribuído a uma melhor compreensão das maneiras peculiares pelas quais os prótons interagem uns com os outros a grandes distâncias fora da superfície de um núcleo de cálcio rico em prótons. A melhor compreensão dos raios de carga impactará no desenvolvimento de um modelo global do núcleo atômico.

O experimento de espectroscopia de laser em BECOLA e o modelo nuclear aprimorado terão um papel ainda mais essencial na determinação e interpretação dos raios dos núcleos na Instalação para Feixes de Isótopos Raros atualmente em construção na MSU, que fornecerá acesso sem precedentes a novos isótopos raros.