Uma nova medição de alta precisão da pele do nêutron em cálcio-48 duplamente mágico pode ajudar a lançar luz sobre as interações próton-nêutron dentro dos núcleos. Esta é a primeira medição eletrofraca altamente robusta da pele de nêutrons em um núcleo de peso médio. Os resultados desta nova medição, feito pela colaboração 48Ca Radius EXperiment (CREX) no Thomas Jefferson National Accelerator Facility do DOE, será apresentado no Outono 2021 Meeting da APS Division of Nuclear Physics.

"Estamos estudando um núcleo específico rico em nêutrons chamado cálcio-48. É um isótopo especial de cálcio que tem um excesso de nêutrons. O núcleo é feito de prótons e nêutrons, e o cálcio-48 tem mais nêutrons do que prótons. Estamos tentando entender como eles estão distribuídos neste núcleo denso, "diz Caryn Palatchi, um pesquisador associado da University of Virginia que apresentará os resultados.

No núcleo estável mais massivo medido, chumbo-208, foi recentemente confirmado que um número relativamente igual de prótons e nêutrons se reúnem em direção ao núcleo, enquanto nêutrons extras são empurrados para a orla. Agora, os físicos nucleares estão testando se isso é verdade para o núcleo de cálcio-48 ainda densamente povoado, mas muito menos massivo e estável.

"Este isótopo em particular tem um excesso de nêutrons e uma densidade que é alta. Pensa-se que os nêutrons podem se espalhar e se estender além dos prótons para criar esta pele, uma pele de nêutron, em torno do núcleo de cálcio. Estamos tentando medir esta pele e sua espessura, "Palatchi diz.

A espessura da camada de nêutrons do chumbo-208 foi considerada mais espessa do que se pensava, com implicações não apenas para a estrutura dos núcleos, mas também para estrelas de nêutrons. Esta nova medição da pele de nêutrons em cálcio-48 também terá novas implicações para a compreensão dos físicos nucleares da estrutura dos núcleos.

"O núcleo de cálcio menor tem menos prótons e nêutrons, e está ao alcance de certos tipos de cálculos que vêm dos primeiros princípios, ou ab initio cálculos. Entre as duas medidas diferentes, podemos compará-los com modelos que são ab initio cálculos de interações núcleo-núcleo e modelos que são para um núcleo denso uniforme, "Palatchi explica." Então, entre os dois experimentos, você pode falar sobre esta paisagem descrevendo matéria altamente densa. "

O experimento foi realizado no Continuous Electron Beam Accelerator Facility, uma instalação de usuário científico do DOE. Os dados foram coletados de dezembro de 2019 a março de 2020 e de julho a setembro de 2020. No experimento, um feixe de elétrons energéticos foi direcionado para um disco prateado de puro cálcio-48 que tinha a forma de um disco de hóquei - do tamanho de meio dólar e meia polegada de espessura.

Os elétrons energéticos interagem com prótons e nêutrons dentro dos núcleos de cálcio por meio da força eletrofraca. Embora as interações por meio da parte eletromagnética da força eletrofraca conservem a paridade, as interações por meio da parte da força fraca violam a paridade.

"Paridade é uma simetria de espelho. Refere-se a se você alterasse a interação da direita para a esquerda e de cima para baixo, o mesmo resultado ocorreria, "Palatchi explica." Violar a paridade significa que há uma interação que, se você fizer uma imagem espelhada dela, não é o mesmo; a imagem no espelho não é idêntica. "

Essa característica de violação de paridade permite que os físicos nucleares aprimorem as interações dos elétrons com os nêutrons dentro do núcleo do cálcio-48.

"A violação da paridade é uma assinatura da força fraca, e os nêutrons têm uma carga fraca. Então, estamos realmente sondando os nêutrons. Estamos usando a força fraca para sondá-los, "Palatchi diz.

O resultado final fornecerá informações sobre o fator de forma do cálcio-48, sua pele de nêutrons e o raio de nêutrons. As condições experimentais semelhantes também permitem comparações entre os núcleos de cálcio-48 e chumbo-208.

"Esperamos estabelecer uma referência com esta medição. A camada de nêutrons no chumbo saiu espessa em relação às nossas expectativas, então esperamos o mesmo com o cálcio, "diz Robert Michaels, um cientista da equipe do Jefferson Lab que também apresentará os resultados com uma discussão mais aprofundada. "De qualquer jeito, esperamos que este resultado nos diga algo novo sobre a estrutura dos núcleos densos. "

A primeira apresentação pública do resultado do 48Ca Radius Experiment (CREX) será feita por Caryn Palatchi, um associado de pesquisa na Universidade da Virgínia. Ela apresentará os primeiros resultados do CREX no Encontro de Outono de 2021 da Divisão de Física Nuclear APS. Robert Michaels, um cientista da equipe do Jefferson Lab, também apresentará os resultados com uma discussão mais aprofundada. A reunião está sendo realizada virtualmente de 11 a 14 de outubro.