Pesquisadores inferem a força de transição entre diferentes configurações nucleares em cálcio-40

Fig. 1 Forças de transição entre estados de spin-0 para núcleos com massas atômicas abaixo de 50. O ponto verde mostra a força de transição entre o estado superdeformado e o estado fundamental de 40 Ca, que tem o menor valor. Os pontos vermelhos são valores experimentais, e a linha tracejada é uma curva inversamente proporcional à potência de 2/3 do número de massa A, mostrando a tendência entre os estados de spin-0 em relação à massa. Crédito:E. Ideguchi

Cientistas do Centro de Pesquisa em Física Nuclear da Universidade de Osaka, em colaboração com a Universidade Nacional Australiana, a Agência de Energia Atômica do Japão, a Universidade de Tóquio e a Universidade GIT AM, usaram medições de uma folha de cálcio irradiada com prótons para inferir a força de transição entre diferentes configurações nucleares em cálcio-40. Eles descobriram que a interferência quântica fez a transição do estado "superdeformado" alongado para um estado esférico normal muito menos provável do que o esperado. Este trabalho pode levar a uma melhor compreensão de como os elementos são formados em supernovas.
Na física nuclear, alguns isótopos são chamados de "mágicos" porque contêm exatamente o número certo de prótons ou nêutrons para formar uma concha completa. Os primeiros números mágicos são 2, 8, 20, 28 e 50. O cálcio-40, a forma mais abundante de cálcio, é considerado "duplamente mágico" porque tem 20 prótons e 20 nêutrons em seu núcleo. Como resultado, este isótopo é muito estável. Com núcleos mágicos, várias formas do núcleo podem ter energias muito semelhantes, de modo que a coexistência pode ocorrer. Isso representa a superposição quântica de mais de uma conformação de prótons e nêutrons ao mesmo tempo. No entanto, o mecanismo de decaimento de um núcleo na conformação "superdeformada", com a forma de uma bola de rugby alongada, na forma esférica de energia mais baixa tem sido um grande mistério.

Fig. 2 Diagrama esquemático de três estados deformados coexistindo no núcleo de 40 Ca e nas transições do par elétron-pósitron. (A) Transição do estado superdeformado para o estado fundamental esférico, (B) do estado normal deformado para o estado fundamental e (C) do estado superdeformado para o estado normal deformado. Crédito:E. Ideguchi

Agora, a equipe de pesquisadores usou medições de emissão de elétrons e pósitrons de transições de decaimento entre diferentes estados de núcleos de cálcio-40 para esclarecer o mecanismo. “Observamos evidências de que o decaimento do estado excitado superdeformado para o estado fundamental esférico é inesperadamente suprimido em um núcleo de cálcio-40”, diz o primeiro autor Eiji Ideguchi. A equipe descobriu que a força de transição entre esses estados é tão pequena por causa da interferência quântica destrutiva entre configurações de formas coexistentes de energias semelhantes.

Para coletar dados experimentais, prótons foram disparados em um alvo de cálcio e os elétrons e pósitrons resultantes emitidos de estados excitados foram medidos. “Este trabalho aprofunda nossa compreensão dos estados de deformação coexistentes que são exclusivos dos núcleos”, diz o autor sênior Tibor Kibédi. Seu estudo será publicado em Cartas de Revisão Física , e esta pesquisa pode ajudar os cientistas a entender melhor os processos que dão origem aos diferentes elementos do universo, bem como a notável estabilidade dos núcleos mágicos.

Fig. 3 Espectrômetro de par elétron-pósitron, Super-e. A linha amarela na figura mostra a irradiação do feixe no alvo. Os elétrons e pósitrons emitidos por ele (linhas vermelha e verde) são guiados para o detector de Si localizado a jusante. Crédito:T. Kibédi

+ Explorar mais