Ressonância próxima ao limiar ajuda a explicar uma medida controversa de decaimento exótico em berílio-11
A emissão de um próton do exótico núcleo nêutron-halo berílio-11. Uma ressonância estreita no berílio-11 sugere que sua emissão de prótons é um processo de duas etapas (setas vermelhas), não um processo exótico (seta preta). A inserção mostra a localização da ressonância. Crédito:Laboratório John D. Fox, Universidade Estadual da Flórida
A maior parte da massa na matéria cotidiana ao nosso redor reside em prótons e nêutrons dentro do núcleo atômico. No entanto, o tempo de vida de um nêutron livre – um não ligado a um núcleo – é instável, decaindo por um processo chamado decaimento beta. Para os nêutrons, o decaimento beta envolve a emissão de um próton, um elétron e um anti-neutrino. O decaimento beta é um processo comum.
No entanto, os cientistas têm algumas incertezas significativas sobre o tempo de vida dos nêutrons e sobre o decaimento do nêutron dentro de um núcleo que leva à emissão de prótons. Isso é chamado de emissão de prótons beta-retardada. Existem apenas alguns núcleos ricos em nêutrons para os quais a emissão de prótons com retardo beta é energeticamente permitida. O núcleo radioativo berílio-11 (
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Be), um isótopo que consiste em 4 prótons e 7 nêutrons, com seu último nêutron muito fracamente ligado, está entre esses casos raros. Os cientistas observaram recentemente uma taxa de decaimento de prótons beta-retardado surpreendentemente grande para
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Ser. Seu trabalho é publicado em
Cartas de Revisão Física .
A descoberta de uma ressonância exótica próxima do limiar que favorece o decaimento de prótons é a chave para explicar o decaimento de prótons com retardo beta de
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Ser. A descoberta também é uma manifestação notável e não totalmente compreendida da física quântica de muitos corpos. A física de muitos corpos envolve a interação de partículas subatômicas. Embora os cientistas possam conhecer a física que se aplica a cada partícula, o sistema completo pode ser muito complexo para entender.
A observação de uma ressonância próxima do limiar em
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B é a chave para explicar o grande valor do decaimento de prótons com atraso beta de
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Ser. Os resultados apontam para um processo de duas etapas e longe de explicações mais exóticas, como um canal de decaimento da matéria escura. Compreender esse estado ajuda os cientistas a reduzir as teorias de sistemas nucleares instáveis. Também levanta questões sobre a natureza desse processo de decaimento, incluindo física além do modelo padrão.
Desde
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Be é um núcleo rico em nêutrons radioativo, os físicos nucleares não esperavam que ele decaísse via radioatividade de prótons. O grande valor observado para o decaimento de prótons com atraso beta em
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Serão incitadas especulações sobre a natureza do decaimento incluindo processos exóticos fora do modelo padrão. Uma explicação alternativa precisava da existência de uma ressonância não observada e muito estreita em
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B.
Físicos do John D. Fox Accelerator Laboratory da Florida State University, usando um radioativo
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Seja feixe em uma medida de
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Reação Be(d,n), observou uma estreita ressonância de decaimento de prótons em
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B. Este resultado corrobora a evidência de que o decaimento de prótons com atraso beta de
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Be é, na verdade, um processo sequencial de duas etapas em que uma ressonância próxima do limite em
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B é povoado primeiro em um decaimento beta com uma emissão de prótons subsequente. A posição da ressonância e suas propriedades de decaimento é um caso único que destaca a complexa física quântica de muitos corpos de sistemas instáveis.
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