Novas Medições do Átomo Mágico Duplo Revelam Surpresa

Uma ilustração da estrutura de um átomo. (KTSDesign/SciencePhotoLibrary/Getty Images)

Um experimento envolvendo a colisão de átomos de chumbo especializados com partículas de alta velocidade revelou uma descoberta surpreendente.

Em vez do formato esférico perfeito esperado, o núcleo do isótopo conhecido como chumbo-208 (208Pb) parece inesperadamente achatado.

Os resultados surpreendentes do experimento com chumbo-208

Esta descoberta indica que os núcleos atômicos podem ser mais intrincados do que se pensava anteriormente e podem ter implicações significativas para nossa compreensão da formação de elementos pesados.

Os pesquisadores explicam em seu artigo: “Esses resultados sugerem uma deformação prolata com média temporal para o sistema. Embora o 208Pb seja um elemento-chave na física nuclear, ele continua sendo um enigma para as teorias de estrutura nuclear.”

An oblate spheroid shape. (AugPi/Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0)

208Pb é considerado um átomo único. Quando o número de prótons ou nêutrons em um átomo é um número “mágico”, os núcleons formam uma camada completamente preenchida. Um átomo com prótons e nêutrons tendo números mágicos é chamado de duplamente mágico; 208Pb é um desses átomos, contendo 82 prótons e 126 nêutrons.

Os núcleos duplamente mágicos são particularmente estáveis ​​contra a decadência nuclear, e 208Pb é o isótopo estável mais pesado conhecido de qualquer elemento. Como resultado, é uma pedra angular da física nuclear e crucial para entender os núcleos duplamente mágicos em geral.

Devido à sua notável estabilidade, os cientistas inicialmente acreditavam que o núcleo deveria ser perfeitamente esférico. No entanto, quando eles usaram o espectrômetro de raios gama GRETINA no Laboratório Nacional Argonne nos EUA para investigar sua estrutura, eles descobriram algo inesperado.

Revelando o formato do chumbo-208 com tecnologia de ponta

“Conseguimos combinar quatro medições separadas usando o equipamento mais avançado do mundo para esse tipo de estudo, o que nos permitiu fazer essa observação inovadora”, explica Henderson.

“O resultado nos surpreendeu, mostrando definitivamente que o chumbo-208 não é esférico, como se poderia supor. Nossas descobertas desafiam diretamente os resultados anteriores da teoria nuclear, oferecendo um caminho promissor para pesquisas futuras.”

Os experimentos envolveram o bombardeio dos núcleos de 208Pb com partículas aceleradas a impressionantes 10 por cento da velocidade da luz — aproximadamente 30.000 quilômetros (19.000 milhas) por segundo. Esse bombardeio de alta velocidade excita estados quânticos no núcleo, permitindo que os físicos analisem esses estados para revelar o formato do núcleo.

Superfícies de energia para o momento angular projetado em três estados de energia quântica. (Henderson et al., Phys. Rev. Lett., 2025)

Ao fazer quatro medições separadas dos estados quânticos, os pesquisadores descobriram o formato ligeiramente achatado do núcleo 208Pb.

Embora o 208Pb tenha sido extensivamente estudado, descobrir que seu formato difere de suposições anteriores é uma revelação surpreendente. Os pesquisadores admitem que não têm certeza do porquê ele tem esse formato esferoide oblato.

Essa descoberta sugere que há mais complexidade dentro dos núcleos atômicos do que se acreditava anteriormente, e pesquisas adicionais são necessárias para entender completamente seu comportamento.

“Esses experimentos altamente sensíveis forneceram novos insights sobre algo que pensávamos entender bem, apresentando o novo desafio de entender por que isso ocorre”, diz o físico nuclear Paul Stevenson, da Universidade de Surrey.

Uma possibilidade é que as vibrações do núcleo 208Pb, quando excitadas durante os experimentos, podem ser menos regulares do que havíamos assumido anteriormente. Agora estamos refinando nossas teorias para determinar se essas ideias estão corretas.

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