Witold Nazarewicz, da Michigan State University, tem uma maneira simples de descrever o trabalho complexo que ele faz no Facility for Rare Isotope Beams, ou FRIB.

"Eu estudo física nuclear teórica, "disse Nazarewicz, John A. Hannah Distinto Professor de Física e cientista-chefe da FRIB. "Os teóricos nucleares querem saber o que faz o núcleo funcionar."

Existe um núcleo em cada átomo. Átomos, por sua vez, compõem a matéria - as coisas com as quais interagimos todos os dias. Mas o núcleo ainda está envolto em mistério. Um dos objetivos do FRIB na criação de isótopos raros, ou diferentes formas de elementos, é entender melhor o que está acontecendo dentro dos núcleos dos átomos.

Em um novo papel para Cartas de revisão física , Simin Wang, um ex-associado de pesquisa da FRIB, e Nazarewicz mostram como o FRIB pode localizar assinaturas de eventos nucleares incomuns e usá-las como janelas para o núcleo.

"Haverá um programa no FRIB dedicado a essas medições, "disse Nazarewicz." O que queremos fazer é entender a estrutura do núcleo. "

Como qualquer criança pode atestar, uma das melhores maneiras de entender como algo funciona é desmontando-o. Ao fazer isótopos raros, O FRIB criará núcleos exóticos que se desintegram ou decaem naturalmente.

Enquanto alguns funcionários da FRIB concluem a construção da instalação física - que está programada para iniciar experimentos científicos em 2022 - teóricos, incluindo Wang e Nazarewicz, estão desenvolvendo modelos de computador que ajudarão a interpretar a nova ciência produzida, bem como fazer previsões sobre o comportamento nuclear.

Os núcleos são construídos a partir de partículas subatômicas conhecidas como prótons e nêutrons. Existem certos núcleos que decaem criando pares de prótons ou nêutrons dentro do núcleo e, em seguida, cuspindo-os para fora.

Por exemplo, este é o caso de um isótopo conhecido como berílio-6, que é um átomo de berílio com quatro prótons e dois nêutrons em seu núcleo. Dentro do berílio-6, os prótons podem se emparelhar e quando o núcleo decai ao liberar um desses pares, Os detectores do FRIB serão capazes de detectar as partículas ejetadas.

O que Wang e Nazarewicz fizeram foi construir um modelo de computador que os permite essencialmente reconstruir a aparência daqueles prótons dentro do núcleo com base no que os detectores do FRIB veem.

"Estamos medindo essas partículas como sondas, não porque estejamos particularmente interessados ​​em prótons, "Nazarewicz disse." Esses prótons são mensageiros, carregando informações sobre o núcleo de onde foram emitidos. "

O modelo também funciona de forma semelhante para núcleos raros que decaem emitindo pares de nêutrons.

Um dos maiores desafios do trabalho foi desenvolver um modelo de computador que pudesse rastrear essas partículas em uma enorme extensão de escalas de comprimento.

Os núcleos são medidos em femtômetros, meros quadrilionésimos de um metro. Mas os detectores do FRIB são, a grosso modo, um metro de distância. Para perspectiva, há muito mais femtômetros entre suas duas pupilas do que metros entre a Terra e o sol.

Ainda assim, o modelo dos espartanos tinha de ser capaz de levar em conta os acontecimentos tanto na escala do femtômetro quanto nas distâncias muito maiores que as partículas devem percorrer para chegar ao detector.

"Você deve ser capaz de caracterizar adequadamente as partículas dentro do núcleo e segui-las conforme elas decaem do núcleo e viajam para os detectores, "Nazarewicz disse." Não é trivial fazer cálculos nessas escalas. "

Nazarewicz credita a Wang por superar esse desafio e conduzir o projeto a uma conclusão bem-sucedida. E, embora Wang admita que foi difícil, ele espera que as pessoas não se lembrem de como o trabalho foi difícil, mas como é emocionante.

"A maior parte da minha carreira de pesquisa foi dedicada ao desenvolvimento de ferramentas teóricas conectando a estrutura nuclear e observáveis ​​experimentais, então não consigo descrever o quão animado estou que o FRIB está quase completo, "Disse Wang.

"Como os observáveis ​​calculados com nossa nova ferramenta podem ser comparados diretamente com medições experimentais, poderemos fazer muitas previsões e descobrir muitos fenômenos novos, "Wang disse." Será uma grande era. "