Nêutrons formam uma pele no núcleo de um átomo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/05/2021

Ilustração de um núcleo de chumbo-208, mostrando o núcleo misto de prótons e nêutrons e a "pele" de nêutrons (à esquerda).
[Imagem: APS/Alan Stonebraker]

Espessura dos nêutrons

Físicos descobriram que os nêutrons envolvem o núcleo de um átomo, formando uma espécie de "pele" ao redor dos prótons.

A espessura dessa pele de nêutrons é de 0,28 milionésimo de nanômetro, um dado que tem implicações importantes para a estrutura e o tamanho das estrelas de nêutrons, devendo impactar até mesmo na interpretação das ondas gravitacionais.

Os prótons e nêutrons que formam o núcleo de cada átomo do Universo ajudam a determinar a identidade e as propriedades de cada elemento. Os físicos estão estudando diferentes núcleos para aprender mais sobre como esses prótons e nêutrons agem dentro do núcleo.

"Os prótons em um núcleo de chumbo estão em uma esfera, e descobrimos que os nêutrons estão em uma esfera maior ao seu redor, e chamamos isso de pele de nêutrons.

"O raio de carga é de cerca de 5,5 femtômetros [10-15 metro]. E a distribuição dos nêutrons é um pouco maior do que isso - cerca de 5,8 femtômetros, então a pele de nêutrons tem 0,28 femtômetro, ou cerca de 0,28 milionésimo de nanômetro," explicou o professor Kent Paschke, da Universidade da Virgínia e porta-voz da colaboração PREx (Lead Radius Experiment)

Pele de nêutrons

Os nêutrons são difíceis de medir porque as sondas normalmente usadas para medir partículas subatômicas dependem da medição da carga elétrica dessas partículas, por meio da interação eletromagnética, uma das quatro interações na natureza. Como os nêutrons não têm carga elétrica, a colaboração PREx faz uso de uma força fundamental diferente, a força nuclear fraca, para estudar a distribuição dos nêutrons.

Os núcleos mais leves, aqueles com apenas alguns prótons, normalmente têm o mesmo número de prótons e nêutrons em seu interior. À medida que os núcleos ficam mais pesados, contudo, eles precisam de mais nêutrons do que prótons para permanecer estáveis. Todos os núcleos estáveis com mais de 20 prótons têm mais nêutrons do que prótons. Por exemplo, o chumbo tem 82 prótons e 126 nêutrons.

Medir como esses nêutrons extras são distribuídos dentro do núcleo é uma informação fundamental para entender como os núcleos pesados se mantêm coesos.

"A questão é sobre onde os nêutrons estão no chumbo. O chumbo é um núcleo pesado - há nêutrons extras, mas, no que diz respeito à força nuclear, uma mistura igual de prótons e nêutrons funciona melhor," disse Paschke..

A medição usa um feixe de elétrons, que interagem com os prótons ou nêutrons por meio da interação eletromagnética ou da força fraca - a assimetria entre as duas permite calcular a espessura da pele de nêutrons.
[Imagem: Jefferson Lab]

Estrelas de nêutrons

Os pesquisadores afirmam que o resultado mostra uma casca mais espessa do que algumas teorias sugerem, o que tem implicações para os processos físicos, para o tamanho das estrelas de nêutrons e como elas se esfacelam conforme duas delas se fundem para formar um buraco negro.

"Estamos descobrindo o que chamamos de equação de estado rígida - uma pressão mais alta do que o esperado, de modo que é difícil espremer esses nêutrons no núcleo. E, assim, estamos descobrindo que a densidade dentro do núcleo é um pouco menor do que o esperado," disse Paschke.

"Precisamos saber o conteúdo da estrela de nêutrons e a equação de estado, e então podemos prever as propriedades dessas estrelas de nêutrons. Então, o que estamos contribuindo para o campo com essa medição do núcleo de chumbo permite que você extrapole melhor para as propriedades das estrelas de nêutrons," completou Krishna Kumar, membro da equipe.

Bibliografia:

Artigo: Accurate Determination of the Neutron Skin Thickness of 208Pb through Parity-Violation in Electron Scattering
Autores: D. Adhikari et al.
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 126, 172502
DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.172502