Tem alguma coisa no núcleo dos átomos que ainda não entendemos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/04/2020

Consideradas bem conhecidas até agora, as forças fraca e forte são apenas mais um entre os mistérios que a Física não consegue explicar.
[Imagem: D. E. M. Hoff et al. - 10.1038/s41586-020-2123-1]

Estudo do núcleo atômico

Os átomos não se reconhecem no espelho.

Esta descoberta, feita enquanto físicos estudavam o núcleo atômico, pode mudar a maneira como os átomos são entendidos, e também pode ajudar a explicar fenômenos extremos no espaço sideral.

A descoberta revela que a simetria que existe dentro do núcleo do átomo não é tão fundamental quanto os cientistas acreditavam.

Isso envolve as forças que atuam dentro do núcleo dos átomos, o que é essencial para as teorias que tentam explicar como o Universo se formou a partir de partículas elementares.

"Nós estávamos estudando o que acontece dentro dos núcleos desses átomos para entender melhor esses fenômenos cósmicos e, finalmente, responder a uma das maiores questões da ciência - como os elementos químicos são criados no Universo," contou Andrew Rogers, da Universidade de Massachusetts, nos EUA.

Os experimentos envolvem o uso de aceleradores de partículas para determinar como os núcleos atômicos são criados em explosões de raios X - explosões que acontecem na superfície das estrelas de nêutrons, que são os remanescentes de estrelas massivas no final de sua vida. E é lá que se formam os elementos químicos mais pesados.

Para relembrar, os prótons, eletricamente carregados, e os nêutrons, sem carga, são partículas quase idênticas. O número de prótons em um núcleo determina a qual elemento o átomo pertence na tabela periódica e, portanto, sua química. Os isótopos de um elemento têm o mesmo número de prótons, mas um número diferente de nêutrons.

Medições dos quarks, que são os tijolos dos prótons e dos nêutrons, revelou que um próton tem uma pressão maior que o objeto mais denso do Universo.
[Imagem: Jefferson Lab]

Simetria de núcleos atômicos

Primeiro a equipe criou estrôncio-73, um isótopo raro do elemento que não é encontrado naturalmente na Terra. Esse isótopo de estrôncio contém 38 prótons e 35 nêutrons e é estável durante apenas uma fração de segundo. Depois, eles criaram bromo-73, um isótopo de bromo que contém 35 prótons e 38 nêutrons, exatamente o inverso do isótopo de estrôncio.

Com essa combinação curiosa de números de prótons e nêutrons, os núcleos de bromo-73 e estrôncio-73 são considerados "parceiros espelho". A simetria de espelho nos núcleos atômicos - ou simetrias em núcleos espelhos - existe por causa das semelhanças entre prótons e nêutrons e está subjacente a toda a atual compreensão da física nuclear.

Contudo, ao estudar o decaimento radioativo desses dois núcleos, os físicos descobriram que o estrôncio-73 se comporta de forma totalmente diferente do bromo-73, uma contestação direta da atual teoria nuclear e que levanta novas questões sobre as forças nucleares - a força forte é a interação entre quarks e glúons que formam os prótons e nêutrons, e a força fraca é o mecanismo de interação que explica o decaimento radioativo, ou seja, a cisão das partículas.

"O estrôncio-73 e o bromo-73 deveriam parecer idênticos em estrutura, mas surpreendentemente descobrimos que eles não têm essa identidade. Perscrutar as simetrias existentes na natureza é uma ferramenta muito poderosa para os físicos. Quando as simetrias se quebram, isso nos diz que há algo errado em nosso entendimento, e precisamos dar uma olhada," disse Rogers.

O problema é que essa olhada vai depender do desenvolvimento de laboratórios maiores e mais poderosos, que permitam refazer as comparações entre os núcleos com maior precisão.

• Físicos mais próximos da Quinta Força Fundamental da natureza

Bibliografia:

Artigo: Mirror-symmetry violation in bound nuclear ground states
Autores: D. E. M. Hoff, A. M. Rogers, S. M. Wang, P. C. Bender, K. Brandenburg, K. Childers, J. A. Clark, A. C. Dombos, E. R. Doucet, S. Jin, R. Lewis, S. N. Liddick, C. J. Lister, Z. Meisel, C. Morse, W. Nazarewicz, H. Schatz, K. Schmidt, D. Soltesz, S. K. Subedi, S. Waniganeththi
Revista: Nature
Vol.: 580, pages 52-55
DOI: 10.1038/s41586-020-2123-1