Experimento questiona nossa compreenso das foras interagindo nos ncleos dos tomos

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 23/08/2023

Foras do ncleo atmico

Ao medir ncleos do elemento hlio – tambm conhecidos como partculas alfa (α) – com um nvel de preciso indita, fsicos encontraram um buraco nas teorias atuais sobre os ncleos atmicos.

Simon Kegel e seus colegas da Universidade de Mainz, na Alemanha, mediram sistematicamente a excitao de uma partcula α – o ncleo de um tomo de ⁴He – do seu estado fundamental at o seu primeiro estado excitado, com uma preciso sem precedentes.

Quando compararam os resultados experimentais com os clculos mais recentes usando a teoria de baixa energia correspondente, ficou evidente que a excitao das partculas α no descrita corretamente com base no entendimento atual das foras nucleares – e isso levanta uma srie de questes desafiadoras.

As propriedades de um ncleo atmico, como seu tamanho e sua energia de ligao, so determinadas principalmente pelas chamadas interaes nucleares, as foras entre os prtons e os nutrons dentro do ncleo. Essas interaes podem ser descritas em termos fenomenolgicos, mas tambm podem ser calculadas sistematicamente usando conceitos cada vez mais aprimorados pelas ltimas teorias, usando, por exemplo, a teoria de campo efetivo quiral, que fornece uma estrutura promissora com base na qual essas foras podem ser estudadas.

Como quanto maior o ncleo, mais complexos os clculos se tornam, o melhor caminho consiste em analisar ncleos menores e, de posse dos dados experimentais, testar as teorias. O ncleo de um tomo de ⁴He consiste em apenas dois prtons e dois nutrons, um nmero de constituintes que o tornam ideal para investigaes sistemticas desse tipo – no por acaso, ele um dos ncleos atmicos mais extensivamente estudados. E foi isto o que a equipe fez agora.

Discrepncia radical

Usando um acelerador de partculas, os fsicos mediram a partcula α do seu estado fundamental at o seu primeiro estado energizado, uma cobertura nunca alcanada por outros experimentos, alm de fazer isto com um nvel de incerteza muito menor do que os experimentos anteriores – a medio envolve o chamado fator de forma de transio monopolo.

Embora os fatores de forma extrados do experimento e da teoria apresentem uma forma semelhante em funo da transferncia de momento, eles diferem substancialmente por um fator de aproximadamente 2. Os resultados de medies anteriores j haviam indicado que poderia haver uma inconsistncia com a teoria, mas as incertezas experimentais eram grandes demais para permitir tirar concluses.

“Nosso experimento foi realizado com um controle muito bom das incertezas sistemticas. A discordncia com os melhores clculos tericos , portanto, uma indicao sria de que, ou um aspecto importante das interaes nucleares est sendo deixado de lado, o que particularmente evidente nessa transio monopolo, ou que as propriedades do primeiro estado excitado da partcula α dependem fortemente de detalhes mnimos das foras nucleares. Ambas as possibilidades so de considervel interesse e nos inspiram a estudos posteriores,” disse a professora Concettina Sfienti.

Esses estudos de seguimento, contudo, tero que esperar o novo acelerador de partculas que a equipe est construindo.

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