p Pesquisadores do Laboratório Nacional de Ciclotron Supercondutor (NSCL) da Michigan State University (MSU) e do TRIUMF (acelerador nacional de partículas do Canadá) observaram um raro decaimento nuclear. Nomeadamente, a equipe mediu prótons de baixa energia cinética emitidos após o decaimento beta de um núcleo rico em nêutrons berílio-11. A equipe de pesquisa apresentou seus resultados em um artigo publicado recentemente em Cartas de revisão física . p Um núcleo atômico com muito mais nêutrons do que prótons é rico em nêutrons e instável. Ele vai se livrar do excesso de nêutrons e se tornar estável por meio do processo de decaimento beta. O decaimento beta é comum em núcleos atômicos. Nesse processo, o núcleo emite uma partícula beta e transforma um nêutron em um próton, ou um próton em um nêutron.

p Menos comum é a emissão de prótons após o decaimento beta de um núcleo rico em nêutrons. Emissão de prótons beta-atrasada, observado há mais de 40 anos, normalmente ocorre em núcleos ricos em prótons. Para núcleos carregados de nêutrons, ele desafia as leis da energia para emitir prótons após o decaimento beta, a menos que os nêutrons estejam fracamente ligados e essencialmente livres. Esta condição pode ser satisfeita nos chamados núcleos halo, onde um ou dois nêutrons orbitam o núcleo remanescente a uma distância considerável.

p "Existem poucos núcleos ricos em nêutrons para os quais a emissão de prótons indescritível após o decaimento beta pode acontecer, "disse Yassid Ayyad, físico de sistemas detectores da NSCL, que faz parte da equipe de pesquisa que observou a rara decadência. "O berílio-11 é o mais promissor. Torna-se berílio-10 após o decaimento beta em boro-11 e a emissão de prótons subsequente. O decaimento radioativo exótico que observamos representa um novo desafio para a compreensão de núcleos exóticos, em particular para núcleos halo. "

p De acordo com experimentos nas instalações do Isotope Mass Separator On-Line (ISOLDE) da Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (CERN) e da instalação do Acelerador de Pesquisa Ambiental de Viena (VERA) em Viena, a probabilidade da emissão de prótons com retardo beta em um núcleo rico em nêutrons é inesperadamente alta. Os pesquisadores não observaram diretamente os prótons vindos do decaimento do berílio-11. Isso levou a especulações envolvendo uma decadência extremamente exótica. Em vez de emitir um próton, o halo nêutron seria transformado em uma partícula indetectável de matéria escura. A matéria escura é uma substância hipotética invisível. Pode consistir em partículas exóticas que não interagem com a matéria normal ou a luz, mas ainda exercem uma atração gravitacional.

p Ayyad enfatizou a importância dessa especulação. "Este cenário, se confirmado, representaria a primeira observação indireta da matéria escura, " ele disse.

p A equipe ISOLDE / VERA sugeriu outro, menos exótico, explicação da alta taxa de decaimento. Envolve uma ressonância estreita no boro-11 perto do limiar de energia onde o núcleo pode emitir um próton. Este cenário é uma reminiscência da descoberta do estado de Hoyle, um estado excitado de carbono-12 que está muito próximo da energia de separação de partículas alfa, o limite de energia sobre o qual o núcleo pode emitir uma partícula alfa (hélio-4). O astrônomo Fred Hoyle propôs este estado pela primeira vez em 1954 para explicar a produção de carbono nas estrelas.

p "Um dos resultados mais empolgantes deste trabalho é que a emissão de prótons prossegue por meio de um processo altamente excitado, estado de ressonância estreito no núcleo de boro-11, "Ayyad disse, confirmando assim o cenário "semelhante ao de Hoyle" envolvendo a ressonância de limiar.

p A equipe utilizou a Câmara de Projeção de Tempo Alvo Ativo (AT-TPC) desenvolvida na NSCL para realizar o experimento. Este detector cheio de gás tem uma probabilidade de detecção muito grande e fornece a energia da partícula com alta exatidão e precisão. O detector fornece uma imagem tridimensional das partículas carregadas emitidas no decaimento do berílio-11, incluindo informações sobre sua energia. A instalação do separador e acelerador de isótopos TRIUMF forneceu um feixe de berílio-11. Os experimentadores implantaram o feixe no meio do detector para capturar seus modos de decaimento. O berílio-11 decaiu em berílio-10 e um próton, com uma distribuição de energia estreita apenas 0,0013 por cento do tempo. O berílio-10, junto com o próton de decaimento, é pensado para formar um núcleo de boro-11 com alta energia de excitação que existe durante um breve período de tempo.

p Esta pesquisa é de interesse para estudos futuros. O AT-TPC e os intensos feixes de isótopos raros fornecidos pela Instalação para Feixes de Isótopos Raros (FRIB) na MSU tornarão viável caracterizar esta nova ressonância e encontrar outros, emissores de partículas mais exóticas.