Pesquisadores da Universidade de Pequim, na China, observaram com sucesso o indescritível 0₂ ⁺ estado de ⁸ He, revelando uma nova estrutura de cluster com dois pares de nêutrons fortemente correlacionados. Esta descoberta fornece informações sobre estruturas nucleares exóticas e suas implicações potenciais para a compreensão das estrelas de nêutrons. As descobertas foram publicadas em Physical Review Letters .



O modelo nuclear convencional em física postula uma imagem de partícula única onde núcleons, prótons e nêutrons se movem independentemente dentro de um núcleo, formando uma estrutura de casca bem definida. Governados por um potencial médio criado por forças nucleares, os núcleons preenchem níveis ou camadas de energia distintos, levando a uma maior estabilidade associada aos números mágicos.

Este modelo, enraizado na mecânica quântica, explica com sucesso a estrutura e estabilidade nuclear, mas encontra limitações ao abordar núcleos exóticos, particularmente aqueles que são ricos em nêutrons e instáveis.

O primeiro autor do estudo, Prof. Zaihong Yang, explicou a motivação da equipe ao Phys.org:"Como físico nuclear, um dos nossos principais objetivos é entender qual é a estrutura do núcleo e como ela surge das complexas interações nucleares entre os núcleons constituintes."

De particular interesse é a estrutura de aglomerado semelhante a condensado no núcleo rico em nêutrons ⁸ Ele.

"Um estado de aglomerado semelhante a condensado feito de um aglomerado alfa mais dois dineutrons foi teoricamente previsto no núcleo rico em nêutrons ⁸ Ele, mas sua observação experimental permaneceu indefinida devido à dificuldade tanto na produção quanto na identificação deste estado de aglomerado exótico", disse o Prof. Yang.

Estados de cluster e estados ressonantes de ⁸ Ele

O estado de cluster mencionado refere-se a uma configuração nuclear específica no núcleo rico em nêutrons ⁸ Ele.

Neste estado, dois pares de nêutrons fortemente correlacionados, conhecidos como aglomerados de dineutrons, combinam-se com um aglomerado alfa (quatro núcleos de hélio), formando o que os pesquisadores descrevem como uma “estrutura de aglomerado semelhante a condensado”.

O termo "semelhante a condensado" faz uma analogia com os condensados ​​​​de Bose-Einstein (BECs), um estado da matéria formado em temperaturas extremamente baixas.

Nos BECs, partículas como os átomos ocupam o mesmo estado quântico, exibindo comportamento coletivo. Da mesma forma, no contexto do ⁸ No estado de cluster, o termo sugere que os dois clusters de dineutrons e o cluster alfa contribuem coletivamente para a estrutura nuclear.

Os aglomerados de dineutrons são denotados como 0₂ ⁺ , com "0" indicando a paridade de spin (neste caso, spin 0), sendo o "2" o estado de energia e o "+" é a paridade (positiva).

Para observar o estado teorizado, a equipe de pesquisa realizou um experimento de dispersão nuclear no Centro RIKEN Nishina, no Japão. Este esforço experimental foi projetado para sondar e examinar o estado teorizado do cluster dentro de ⁸ Ele.

O foco estava em características distintas, incluindo a indescritível paridade de spin do estado do cluster, uma força de transição monopolo isoescalar incomumente considerável e a emissão de um par de nêutrons fortemente correlacionado.

"Juntamente com os cálculos teóricos de última geração, nossos resultados fornecem fortes evidências de que os quatro nêutrons de valência no 0₂ ⁺ estado animado de ⁸ Ele pode formar dois pares de nêutrons fortemente correlacionados (aglomerados de dineutrons) e ainda formar uma estrutura exótica de aglomerados semelhantes a condensados", explicou o Prof. Yanlin Ye, segundo autor do estudo.

Esta conquista não apenas valida as previsões teóricas, mas também sublinha a engenhosidade necessária no projeto experimental para navegar pelas complexidades da física nuclear.

Falando nisso, o Prof. Yang disse:"Uma implicação imediata de nossa descoberta é que núcleos instáveis ​​situados no limite da estabilidade podem exibir estruturas exóticas que são distintas das imagens convencionais de partícula única ou modelo de concha, exigindo melhorias da energia nuclear. teorias de estrutura."

"Além disso, embora o núcleo seja essencialmente feito de núcleons fermiônicos (prótons e nêutrons), nossos resultados mostram que a estrutura deste 0₂ ⁺ o estado é, no entanto, bosônico - um estado de cluster análogo ao BEC - feito de dois clusters de dineutrons e um cluster alfa."

Estrelas e pulsares de nêutrons

O 0₂ observado ⁺ estado de ⁸ Ele tem implicações além da física nuclear e quântica. Tem um significado profundo para a nossa compreensão dos fenómenos astrofísicos, especificamente o processo de arrefecimento das estrelas de neutrões e falhas nos pulsares.

Dr. Yang elucidou a ligação potencial entre 0₂ ⁺ estrelas de estado e de nêutrons. A estrutura de aglomerado semelhante a condensado observada alinha-se com o início sugerido de superfluidez de nêutrons no interior das estrelas de nêutrons. Este fenômeno é semelhante à condensação de pares de elétrons Cooper em supercondutores.

"Embora não possamos visitar uma estrela de nêutrons real para adquirir sua matéria densa e rica em nêutrons, suas propriedades podem ser inferidas a partir de experimentos com núcleos finitos em laboratório."

"O 0₂ ⁺ estado, caracterizado por sua configuração única de cluster, oferece informações valiosas sobre a formação de um estado de condensação de pares de nêutrons. É importante ressaltar que poderia ser um estado precursor para um condensado macroscópico de pares de nêutrons em sistemas ricos em nêutrons, incluindo estrelas de nêutrons”, explicou.

Esta ligação entre a física nuclear e a astrofísica não só melhora a nossa compreensão das estruturas nucleares exóticas, mas também contribui para desvendar os mistérios dos fenómenos cósmicos, lançando luz sobre a intrincada interação entre o mundo microscópico dos núcleos e os reinos macroscópicos das estrelas de neutrões e pulsares.

Ao prever o caminho a seguir, os investigadores prevêem alargar as medições a outros núcleos ricos em neutrões situados em torno da linha de gotejamento de neutrões (o limite de existência no gráfico nuclear).

"Estamos particularmente interessados ​​em como a estrutura do aglomerado tipo condensado evolui com mais aglomerados de dineutrons. Explorar sistemas feitos puramente de nêutrons, como tetranêutrons e hexaneutrons, acrescenta intriga."

"A produção e a identificação de tais estados são desafiadoras, mas a construção de instalações mundiais de feixes de íons radioativos e de novos sistemas detectores oferece boas oportunidades", concluiu o Prof.

Mais informações: ZH Yang et al, Observação do Exótico 0₂ ⁺ Estado do cluster em ⁸ Ele, Cartas de revisão física (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.242501
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