A análise matemática avançada da ionização de um átomo de hélio por um próton impactante revelou onde surgem discrepâncias entre os experimentos e os cálculos teóricos existentes do processo

Quando um átomo é impactado por um próton em movimento rápido, um de seus elétrons em órbita pode ser expulso, deixando para trás um íon carregado positivamente. Para entender este processo, é importante que os pesquisadores investiguem as distribuições nos ângulos em que os elétrons viajam quando afastados. Em um novo estudo publicado em EPJ D , M. Purkait e colegas do Ramakrishna Mission Residential College, na Índia, identificaram claramente áreas específicas onde surgem discrepâncias entre as distribuições angulares medidas em teorias e experimentos.

Os resultados da equipe podem levar a cálculos mais avançados desse processo de ionização. Por sua vez, técnicas teóricas aprimoradas podem ser aplicadas em áreas tão abrangentes como a física do plasma, terapia do câncer, e o desenvolvimento de novas tecnologias de laser. Com as técnicas experimentais mais recentes, os físicos agora podem medir com precisão como os caminhos angulares dos elétrons emitidos irão variar, dependendo tanto da energia do elétron, e o momento transferido do próton impactante. Essas distribuições são descritas em cálculos denominados 'seções transversais totalmente diferenciais' (FDCSs) - essenciais para orientar modelos teóricos do processo de ionização. Até aqui, Contudo, cálculos teóricos muitas vezes contrastam de maneiras incertas com FDCSs obtidos experimentalmente.

Em seu estudo, A equipe de Purkait investigou a ionização de um átomo de hélio por um impacto de próton. Uma vez que um núcleo de hélio contém dois prótons e dois nêutrons, os pesquisadores estudaram o processo usando uma aproximação de 'onda distorcida de quatro corpos' (DW-4B). Com este conjunto de ferramentas, eles poderiam aproximar as interações profundamente complexas envolvidas usando matemática mais simples. Isso permitiu que eles explicassem os comportamentos do elétron emitido e do próton impactante no campo elétrico do núcleo de hélio, e como a posição do núcleo é distorcida por sua vez. Ao comparar seus resultados com FDCSs medidos em experimentos recentes, a equipe descobriu que concordou razoavelmente bem com energias de alto impacto. Discrepâncias claras surgiram apenas para valores mais altos de transferência de momento próton-elétron, e para elétrons de energia intermediária. A equipe agora espera que seus resultados possam levar a melhorias nas técnicas teóricas em pesquisas futuras.