Fsicos descobrem uma espcie de molcula dentro do ncleo de um tomo

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 04/12/2023

Molcula dentro do ncleo?

Fsicos descobriram uma estrutura similar a uma molcula dentro do ncleo atmico do elemento berlio – e do ncleo em seu estado fundamental de energia.

O ncleo atmico composto de prtons e nutrons, o que o fsicos chamam de um sistema quntico de muitos corpos. Ele incrivelmente pequeno, respondendo por apenas cerca de um dcimo milsimo do tamanho de um tomo, mas abriga mais de 99,9% da massa total do tomo. O modelo mais comum de sua descrio, chamado modelo de concha, descreve os ncleos atmicos como bolhas esfricas sem muita estrutura interna. Mas esse modelo est longe da realidade.

Na verdade, as interaes entre os ncleons criam vrias estruturas intrigantes, variando as pretensas conchas de ncleos esfricos a ncleos deformados e at halos de nutrons com densidade superficial esparsa. O surgimento de estruturas ainda mais complexas dentro dessas formaes, estruturas estas conhecidas como aglomerados, um fenmeno largamente pesquisado, mas ainda muito pouco compreendido porque est na fronteira – e frequentemente alm dela – do que nossos equipamentos conseguem visualizar e medir.

As discusses sobre se estruturas aglomeradas poderiam existir dentro do ncleo atmico remontam a 1938, quando fsicos tericos, por meio da anlise de energias de ligao em ncleos α-conjugados, sugeriram a possvel existncia de estruturas de aglomerado semelhantes a molculas α nos estados fundamentais de ncleos como berlio-8, carbono-12 e oxignio-16.

No entanto, devido popularidade da descrio de partcula nica que os fsicos adotaram, esta hiptese terica permaneceu sem verificao. Essa descrio mais aceita pelos fsicos conhecida como “modelo de concha”, um modelo atmico que descreve os eltrons de um tomo como se estivessem distribudos em camadas, ou conchas, ao redor do ncleo – cada concha identificada por um nmero quntico principal, que indica sua distncia do ncleo.

Viso esquemtica da reao de nocaute do aglomerado similar a uma molcula.
[Imagem: P. J. Li et al. – 10.1103/PhysRevLett.131.212501]

Confirmado

Agora, usando um novo mtodo experimental envolvendo a reao de nocaute da cinemtica inversa, Pengjie Li e colegas da China e do Japo validaram pela primeira vez a presena de uma estrutura do tipo molecular no estado fundamental do berlio-10, um ncleo rico em nutrons.

O experimento foi realizado na Fbrica de Feixes de Istopos Radioativos (RIBF) no Centro RIKEN, no Japo. No experimento, um feixe secundrio de berlio-10, viajando a metade da velocidade da luz, bombardeou um alvo de hidrognio slido com 2 milmetros de espessura. Os aglomerados α ligados aos ncleos de berlio-10 foram ejetados por prtons – quase sem transferncia de momento para o ncleo residual – preservando assim informaes sobre a estrutura do aglomerado no estado fundamental do berlio-10.

Os resultados experimentais demonstraram uma concordncia notvel entre as sees transversais experimentais das reaes de nocaute (ejeo das partculas) e as previses tericas sob modelos microscpicos. Isto confirma a hiptese quase secular sobre a estrutura do estado molecular do estado fundamental do berlio-10, sugerindo a formao de um ncleo α-α em forma de haltere, com dois nutrons de valncia girando perpendicularmente ao eixo do ncleo, uma autntica “molcula” dentro do ncleo atmico.

“Estruturas semelhantes podem ser encontradas em escala atmica, mas so excepcionalmente raras no estado fundamental dos ncleos atmicos,” disse Li.

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