Um novo estudo do ISOLDE não encontrou a assinatura de um número "mágico" de nêutrons no potássio-51, desafiando a natureza mágica proposta de núcleos com 32 nêutrons.

A magia parece estar desaparecendo de alguns núcleos atômicos. As medições mais recentes dos tamanhos dos núcleos de potássio ricos em nêutrons não mostram a assinatura de um número "mágico" de nêutrons no potássio-51, que tem 19 prótons e 32 nêutrons. O resultado, obtido por uma equipe de pesquisadores usando a instalação de física nuclear ISOLDE do CERN e descrito em um artigo recém-publicado em Física da Natureza , desafia as teorias da física nuclear e a natureza mágica proposta dos núcleos com 32 nêutrons.

Acredita-se que cada um dos prótons e nêutrons ocupe uma série de camadas de energia diferente dentro de um núcleo atômico, assim como os elétrons em um átomo preenchem uma série de camadas ao redor do núcleo. Neste modelo de escudo nuclear, núcleos nos quais prótons ou nêutrons formam camadas completas, sem qualquer espaço para partículas adicionais, são denominados "mágicos" porque são mais fortemente ligados e estáveis ​​do que seus vizinhos nucleares. O número de prótons ou nêutrons em tais núcleos são chamados de números mágicos, e são pedras angulares sobre as quais os físicos constroem sua compreensão dos núcleos.

Estudos anteriores indicaram que núcleos com exatamente ou perto de 20 prótons e com 32 nêutrons são mágicos com base na energia necessária para remover um par de nêutrons do núcleo ou para levá-lo a um nível de energia mais alto. Contudo, medições de como os raios (de carga) de núcleos de potássio e cálcio ricos em nêutrons mudam à medida que nêutrons são adicionados a eles desafiaram essa indicação, porque eles não exibiram uma diminuição relativa repentina nos raios de potássio-51 e cálcio-52, que ambos têm 32 nêutrons. Essa diminuição, em relação aos vizinhos nucleares com menos nêutrons, indicaria que 32 é um número de nêutrons mágicos e que núcleos com 32 nêutrons são mágicos.

Um número de nêutrons mágicos de 32 também pode ser revelado por um súbito aumento relativo nos raios dos núcleos que têm mais um nêutron, isso é 33 nêutrons. Isso é exatamente o que a equipe por trás do último estudo ISOLDE se propôs a investigar. Ao casar duas técnicas, os pesquisadores do ISOLDE conseguiram fazer medições de raios de núcleos de potássio ricos em nêutrons e estendê-los ao potássio-52, que tem 33 nêutrons. As duas técnicas são um tipo de espectroscopia a laser chamada espectroscopia de ionização por ressonância colinear (CRIS), que permite que núcleos ricos em nêutrons sejam estudados com alta precisão, e detecção de decaimento β, que envolve a detecção de partículas beta (elétrons ou pósitrons) emitidos a partir dos núcleos.

As novas medições ISOLDE não mostraram nenhum aumento relativo repentino no raio do potássio-52, e, portanto, nenhuma assinatura de "magia" no nêutron número 32.

Os pesquisadores passaram a modelar os dados com teorias nucleares de ponta, descobrir que os dados desafiam essas teorias. “Os melhores modelos de física nuclear do mercado não conseguem reproduzir os dados de forma satisfatória, "diz o autor principal do artigo Agi Koszorus." Se eles obtiverem uma característica dos dados certa, eles perdem totalmente o resto, "acrescentou o co-autor principal Xiaofei Yang.

"Este estudo destaca nossa compreensão limitada de núcleos ricos em nêutrons, "diz o co-autor Thomas Cocolios." Quanto mais estudamos esses núcleos exóticos, mais percebemos que os modelos não conseguem reproduzir os resultados experimentais. É como ter um mapa cheio de rodovias, mas assim que você pegar um caminho fora dessas rodovias, você pode muito bem estar andando na lua, pelo que sabemos. "

"Este resultado mostra quanto trabalho resta para entendermos o núcleo atômico - provavelmente o domínio menos compreendido da física, "conclui Cocolios.