Uma descoberta feita por uma equipe de pesquisadores liderada por físicos nucleares de UMass Lowell pode mudar a forma como os átomos são compreendidos pelos cientistas e ajudar a explicar fenômenos extremos no espaço sideral.

A descoberta dos pesquisadores revelou que uma simetria que existe dentro do núcleo do átomo não é tão fundamental quanto os cientistas acreditavam. A descoberta lança luz sobre as forças em ação dentro do núcleo dos átomos, abrindo a porta para uma maior compreensão do universo. Os resultados foram publicados hoje em Natureza , uma das principais revistas científicas do mundo.

A descoberta foi feita quando a equipe liderada pela UMass Lowell estava trabalhando para determinar como os núcleos atômicos são criados em rajadas de raios-X - explosões que acontecem na superfície de estrelas de nêutrons, que são os restos de estrelas massivas no final de suas vidas.

“Estamos estudando o que acontece dentro dos núcleos desses átomos para entender melhor esses fenômenos cósmicos e, em última análise, para responder a uma das maiores questões da ciência - como os elementos químicos são criados no universo, "disse Andrew Rogers, Professor assistente de física da UMass Lowell, quem chefia a equipe de pesquisa.

A pesquisa é apoiada por uma bolsa do Departamento de Energia dos EUA para UMass Lowell e foi conduzida no Laboratório Nacional de Ciclotron Supercondutor (NSCL) na Universidade Estadual de Michigan. No laboratório, cientistas criam núcleos atômicos exóticos para medir suas propriedades, a fim de compreender seu papel como os blocos de construção da matéria, o cosmos e da própria vida.

Os átomos são algumas das menores unidades da matéria. Cada átomo inclui elétrons orbitando em torno de um minúsculo núcleo no fundo de seu núcleo, que contém quase toda a sua massa e energia. Os núcleos atômicos são compostos de duas partículas quase idênticas:prótons carregados e nêutrons não carregados. O número de prótons em um núcleo determina a qual elemento o átomo pertence na tabela periódica e, portanto, sua química. Os isótopos de um elemento têm o mesmo número de prótons, mas um número diferente de nêutrons.

No NSCL, núcleos foram acelerados até quase a velocidade da luz e despedaçados em fragmentos criando estrôncio-73 - um isótopo raro que não é encontrado naturalmente na Terra, mas pode existir por curtos períodos de tempo durante violentas explosões de raios-X termonucleares na superfície de estrelas de nêutrons . Este isótopo de estrôncio contém 38 prótons e 35 nêutrons e vive apenas por uma fração de segundo.

Trabalhando 24 horas por dia ao longo de oito dias, a equipe criou mais de 400 núcleos de estrôncio-73 e os comparou com as propriedades conhecidas do bromo-73, um isótopo que contém 35 prótons e 38 nêutrons. Com o número trocado de prótons e nêutrons, Os núcleos do bromo-73 são considerados "parceiros espelho" dos núcleos do estrôncio-73. A simetria do espelho nos núcleos existe por causa das semelhanças entre prótons e nêutrons e é a base da compreensão dos cientistas sobre a física nuclear.

Aproximadamente a cada meia hora, os pesquisadores criaram um núcleo de estrôncio-73, transportado através do separador de isótopos NSCL e, em seguida, trouxe o núcleo para uma parada no centro de um conjunto de detectores complexos onde eles poderiam observar seu comportamento. Ao estudar a decadência radioativa desses núcleos, os cientistas descobriram que o estrôncio-73 se comportava de maneira totalmente diferente do bromo-73. A descoberta levanta novas questões sobre as forças nucleares, de acordo com Rogers.

"Estrôncio-73 e bromo-73 devem ter estrutura idêntica, mas surpreendentemente não, nós achamos. Simetrias de sondagem que existem na natureza é uma ferramenta muito poderosa para os físicos. Quando as simetrias se quebram, que nos diz que algo está errado em nosso entendimento, e precisamos dar uma olhada mais de perto, "Rogers disse.

O que os cientistas viram vai desafiar a teoria nuclear, de acordo com Daniel Hoff, um pesquisador associado da UMass Lowell que foi o autor principal do artigo publicado em Natureza .

"Comparar os núcleos de estrôncio-73 e bromo-73 foi como olhar em um espelho e não se reconhecer. Assim que nos convencemos de que o que estávamos vendo era real, nós estávamos muito ansiosos, "Hoff disse.

Junto com Rogers, um residente de Somerville, e Hoff de Medford, a equipe da UMass Lowell incluiu membros do corpo docente do Departamento de Física, Prof. Peter Bender, Assistente, Emérito Prof. C.J. Lister e ex-pesquisador associado da UMass Lowell Chris Morse. Alunos de pós-graduação em física Emery Doucet of Mason, N.H., e Sanjanee Waniganeththi de Lowell também contribuíram para o projeto.

Como parte do estudo da equipe, cálculos teóricos de última geração foram realizados por Simin Wang, um associado de pesquisa no estado de Michigan, e dirigido por Witold Nazarewicz, John A. Hannah, da MSU, distinto professor de física e cientista-chefe da Facility for Rare Isotope Beams (FRIB), que será inaugurado no próximo ano.

O trabalho dos pesquisadores "oferece uma visão única sobre a estrutura de isótopos raros, "Nazarewicz disse." Mas ainda há muito a ser feito. Novas instalações chegando online, como FRIB em MSU, fornecerá pistas que faltam para uma compreensão mais profunda do quebra-cabeça da simetria do espelho. Estou feliz que as vigas exóticas entregues por nossa instalação, instrumentação única e cálculos teóricos podem contribuir para este magnífico trabalho. "

Planos para mais experimentos já estão em andamento, enquanto os pesquisadores procuram refinar e confirmar suas observações e estudar esses isótopos ainda mais.