Muitos elementos pesados, como ouro, acredita-se que se formem em ambientes cósmicos ricos em nêutrons - pense em supernovas ou fusões de estrelas de nêutrons. Nessas configurações extremas, núcleos atômicos podem capturar nêutrons rapidamente e se tornar mais pesados, criando novos elementos. Nos confins do mapa nuclear, que organiza todos os núcleos conhecidos de acordo com seu número de prótons e nêutrons, Existem núcleos inexplorados que são cruciais para a compreensão dos detalhes desse rápido processo de captura de nêutrons. Este é especialmente o caso de núcleos com menos de 82 prótons e mais de 126 nêutrons.

Os pesquisadores que usam a instalação de física nuclear ISOLDE do CERN agora entraram nesta região quase não mapeada do mapa nuclear com um primeiro estudo da estrutura de nêutrons do isótopo de mercúrio ²⁰⁷ Hg. Este isótopo não está diretamente envolvido no processo de captura rápida de nêutrons, ou "r-process, "mas é um vizinho relativamente próximo dos núcleos do processo r situados nesta região quase inexplorada. Como tal, ²⁰⁷ O Hg pode ajudar a revelar alguns dos segredos nucleares dos núcleos do processo r e, portanto, lançar luz sobre a origem dos elementos pesados.

Para estudar a estrutura de nêutrons de ²⁰⁷ Hg, os pesquisadores primeiro pegaram ²⁰⁶ Isótopos de Hg que foram produzidos junto com centenas de outros isótopos exóticos no ISOLDE disparando um feixe de prótons de 1,4 bilhão de elétron-volt do Booster de prótons síncrotron em um alvo de chumbo derretido. o ²⁰⁶ Isótopos de Hg, que têm um nêutron a menos no núcleo do que ²⁰⁷ Hg, foram então acelerados no acelerador HIE-ISOLDE da instalação para uma energia de cerca de 1,52 bilhão de eletronvolts - a energia mais alta já alcançada no HIE-ISOLDE. Os pesquisadores então focaram o ²⁰⁶ Isótopos de Hg em um alvo de deutério dentro do Espectrômetro Solenoidal ISOLDE (ISS), um espectrômetro magnético recém-desenvolvido que foi capaz de revelar eventos em que o ²⁰⁶ Os isótopos de Hg capturaram um nêutron e se transformaram em excitados ²⁰⁷ Isótopos de Hg.

A partir da análise desses eventos, os pesquisadores determinaram as energias de ligação dos orbitais nucleares em que o nêutron é capturado, isso é, o grau em que o nêutron capturado está ligado a outros nêutrons e prótons. Eles então alimentaram esses resultados em modelos teóricos do processo-r para testar e desafiar esses modelos.

"Este resultado marca a primeira exploração da estrutura de nêutrons do ²⁰⁷ Núcleo de Hg, pavimentando o caminho para futuros estudos experimentais, com o instrumento ISS no ISOLDE e nas instalações de física nuclear de próxima geração, da região nuclear quase inexplorada, onde ²⁰⁷ Hg mente, "diz o investigador principal Ben Kay do Laboratório Nacional de Argonne, onde a técnica que está por trás da ISS foi pioneira.

"Este estudo foi possível graças a três coisas:o sistema acelerador HIE-ISOLDE concluído, que agora permite que isótopos radioativos sejam acelerados para energias próximas a 10 milhões de elétronvolts por próton ou nêutron; a instalação do ISS, um antigo ímã de ressonância magnética reaproveitado para estudos de núcleos exóticos por uma colaboração do Reino Unido, Bélgica e CERN; e, Por último mas não menos importante, um sistema detector de partículas que foi fornecido pelo Laboratório Nacional de Argonne e permitiu que o experimento fosse realizado pouco antes do início do desligamento em curso do complexo de acelerador do CERN, "explicou a porta-voz do ISOLDE, Gerda Neyens.