Um grupo de pesquisadores usou equipamentos originalmente destinados à observação astronômica para capturar transformações na estrutura nuclear dos núcleos atômicos, relata um novo estudo na revista Scientific Reports .



Um núcleo é composto de prótons e nêutrons. Existem cerca de 270 núcleos estáveis ​​na natureza, mas este número sobe para 3.000 se incluirmos núcleos instáveis. Pesquisas recentes sobre núcleos instáveis ​​revelaram fenômenos não observados em núcleos estáveis, incluindo anomalias nos níveis de energia, o desaparecimento de números mágicos e o surgimento de novos números mágicos.

Para estudar essas mudanças estruturais, é importante determinar os estados quânticos, a energia interna, o spin e a paridade do estado. Os métodos convencionais têm sido limitados pela dificuldade de equilibrar a sensibilidade e a eficiência de detecção ao analisar as características eletromagnéticas das transições.

Agora os pesquisadores utilizaram sua câmera Compton semicondutora multicamadas para capturar a polarização dos raios gama emitidos pelos núcleos atômicos. Isso revela a estrutura interna dos núcleos atômicos.

Este método reduz significativamente as incertezas na determinação do spin e da paridade para estados quânticos em núcleos atômicos raros, tornando possível capturar transformações na estrutura nuclear.

A câmera Compton inclui um sensor de imagem semicondutor de telureto de cádmio (CdTe), que foi originalmente projetado para observação astronômica. Possui alta eficiência de detecção e precisão precisa na determinação da posição. O grupo de pesquisa utilizou esta câmera em experimentos de espectroscopia nuclear para controlar artificialmente a posição e a intensidade das emissões de raios gama do alvo, permitindo uma análise detalhada de eventos de espalhamento e realizando uma medição de polarização altamente sensível.

Os pesquisadores aproveitaram a precisão posicional de um sensor de imagem do tipo pixel e usaram experimentos no acelerador RIKEN Pelletron para avaliar o desempenho da câmera. Os feixes de prótons foram direcionados a um alvo de filme fino de ferro, gerando o primeiro estado excitado dos núcleos 56Fe. Os raios gama emitidos foram medidos, revelando uma estrutura de pico.

A equipe conseguiu extrair a distribuição do ângulo azimutal de dispersão. A sensibilidade notavelmente alta para capturar a polarização dos raios gama foi obtida com eficiência de detecção confiável. Este desempenho é crucial para investigar a estrutura de núcleos radioativos raros.

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Esta investigação poderá abrir caminho para uma compreensão mais profunda dos princípios fundamentais subjacentes à formação do universo e às características da matéria, incluindo o processo de desintegração dos números mágicos em núcleos exóticos e instáveis.

A equipe de pesquisa incluiu o Professor Tadayuki Takahashi do Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo (WPI-Kavli IPMU) e o estudante de pós-graduação (no momento da pesquisa) Yutaka Tsuzuki, juntamente com os pesquisadores do Laboratório de Espectroscopia Nuclear Ueno do Cluster RIKEN para Pesquisa Pioneira, Shintaro Go. e Hideki Ueno, Centro RIKEN Nishina para Ciência Baseada em Aceleradores, Laboratório de Radiação Cósmica Hiroki Yoneda, Professor Associado da Universidade de Kyushu, Yuichi Ichikawa, e Professor Associado da Universidade da Cidade de Tóquio, Tatsuki Nishimura.

Mais informações: S. Go et al, Demonstration of nuclear gamma-ray polarimetry based on a multi-layer CdTe Compton camera, Scientific Reports (2024). DOI:10.1038/s41598-024-52692-2
Informações do diário: Relatórios Científicos

Fornecido pelo Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo, Universidade de Tóquio