Uma equipe do cluster de excelência PRISMA + da Universidade Johannes Gutenberg em Mainz conseguiu calcular como os núcleos atômicos do elemento Cálcio se comportam em colisões com elétrons. Os resultados concordam muito bem com os dados experimentais disponíveis. Pela primeira vez, um cálculo baseado em uma teoria fundamental é capaz de descrever corretamente experimentos para um núcleo tão pesado quanto o cálcio. De particular relevância é o potencial que tais cálculos podem ter no futuro para interpretar experimentos com neutrinos. O jornal de renome Cartas de revisão física relatórios sobre o marco alcançado em seu volume atual.

A nova publicação parte do grupo liderado pela Profa. Sonia Bacca, Professor de física nuclear teórica no cluster de excelência PRISMA +, em colaboração com o Oak Ridge National Laboratory. Bacca trabalha com grande sucesso na previsão de várias propriedades dos núcleos atômicos, derivando-os das interações entre seus constituintes - os núcleons - que podem ser descritos na teoria do campo quiral eficaz. Sua pesquisa visa fornecer uma conexão sólida entre as observações experimentais e a teoria subjacente da cromodinâmica quântica. Na física, tal procedimento é descrito como um cálculo ab initio.

Também seções transversais de núcleos atômicos sondados por campos externos, por exemplo, por meio da interação com elétrons ou outras partículas, pode ser descrito dentro da mesma teoria. Este procedimento é a chave para explicar os dados existentes e interpretar experiências futuras, por exemplo, na física de neutrinos - um foco importante do programa de pesquisa PRISMA +.

Entendendo neutrinos

Neutrinos são partículas evasivas que estão constantemente penetrando em nossa Terra, mas são muito difíceis de detectar e compreender. Com novos experimentos planejados, como o experimento DUNE nos EUA, os cientistas querem investigar suas propriedades fundamentais, por exemplo, o fenômeno no qual um tipo de neutrinos se transforma em outro - chamado no jargão técnico, oscilação de neutrino. Para conseguir isso, eles precisam de informações importantes de cálculos teóricos. Especificamente, a questão relevante é:como os neutrinos interagem com os núcleos atômicos do detector?

Uma vez que os dados experimentais sobre o espalhamento de neutrinos em núcleos atômicos são raros, a equipe de pesquisadores primeiro olhou para o espalhamento de outro leptão - o elétron - para o qual há dados experimentais disponíveis. "Calcium 40 é o nosso sistema de teste, por assim dizer, "explica a Dra. Joanna Sobczyk, pós-doutorado em Mainz e primeiro autor do estudo. "Com nosso novo método ab initio, fomos capazes de calcular com muita precisão o que acontece com o espalhamento de elétrons e como o núcleo atômico de cálcio se comporta."

Este é um grande sucesso:até agora não foi possível realizar tais cálculos para um elemento tão pesado como o cálcio, que consiste em 40 núcleons. "Estamos muito satisfeitos por termos conseguido basicamente mostrar que nosso método funciona de maneira confiável, "diz Sonia Bacca." Agora começa uma nova era, onde os métodos ab initio podem ser usados ​​para descrever o espalhamento de léptons - estes incluem elétrons e neutrinos - nos núcleos, mesmo para 40 núcleons. "

"Uma das melhores características de nossa abordagem é que ela nos permite quantificar rigorosamente as incertezas associadas ao nosso cálculo. A quantificação da incerteza consome muito tempo, mas extremamente importante para poder comparar apropriadamente a teoria com a experiência, "comenta o Dr. Bijaya Acharya, Pós-doutorado em PRISMA + e também coautor do estudo.

Depois que eles puderam mostrar o potencial de seu método para o cálcio, a equipe de pesquisa quer examinar o elemento Argônio e sua interação com neutrinos no futuro. O argônio terá um papel importante como alvo no experimento DUNE planejado.