O módulo Majorana modificado no porta-luvas de montagem com cristais detectores de germânio e amostras de tântalo instaladas. Crédito:Ralph Massarczyk O tântalo é um dos elementos mais raros e possui vários isótopos estáveis. O isótopo de tântalo menos abundante, Ta-180, é encontrado naturalmente em um estado excitado de longa duração, uma característica única deste isótopo. Em estados excitados, os prótons ou nêutrons de um núcleo têm níveis de energia superiores ao normal.
Embora energeticamente possível, o decaimento radioativo deste estado excitado no Ta-180m nunca foi observado. Os investigadores estão agora a realizar experiências que visam medir este decaimento, que se espera ter uma vida útil aproximadamente 1 milhão de vezes maior que a idade do Universo.
O decaimento dos estados excitados dos núcleos fornece informações sobre como os núcleos se deformam quando estão nesses estados. Os físicos nucleares estudaram extensivamente as variações na forma e a consequente formação destes isótopos de vida curta, chamados isómeros. No entanto, eles não estudaram a fundo um dos casos mais extremos, o decaimento do Ta-180m.
Os físicos podem usar a teoria nuclear para prever o decaimento do Ta-180m com base no conhecimento de isômeros de vida mais curta, mas este isômero específico não foi medido. A sua estabilidade excepcional desafia as teorias e modelos existentes de estrutura e decadência nuclear. Isto significa que medir o decaimento no Ta-180m é uma oportunidade sem precedentes para contribuir para a teoria nuclear.
Agora, pela primeira vez, os cientistas conceberam uma experiência com a sensibilidade necessária para atingir as meias-vidas previstas. O experimento produziu dados iniciais e estabeleceu os limites mais longos já alcançados em estudos de isômeros nucleares. A pesquisa foi publicada na revista Physical Review Letters .
Neste projeto, os físicos reestruturaram a instalação de fundo ultrabaixo MAJORANA no Sanford Underground Research Facility, em Dakota do Sul. Além disso, eles introduziram uma amostra de tântalo substancialmente maior em comparação com qualquer amostra usada anteriormente em estudos semelhantes.
Ao longo de um ano, os investigadores recolheram dados utilizando detectores de germânio com uma resolução energética excepcional. Eles também desenvolveram métodos de análise especificamente adaptados para detectar múltiplas assinaturas de decaimento antecipadas. Esses esforços combinados permitiram estabelecer limites sem precedentes, situando-se na faixa de 10
18
às 10
19
anos. Este nível de sensibilidade marca o primeiro caso em que os valores de meia-vida previstos pela teoria nuclear se tornaram alcançáveis.
Embora o processo de decaimento ainda não tenha sido observado, estes avanços melhoraram significativamente os limites existentes em uma a duas ordens de grandeza. Além disso, este progresso permitiu aos investigadores descartar certos intervalos de parâmetros associados a várias partículas potenciais de matéria escura.
