Compreendendo o interior dos núcleos atômicos

Há muita coisa acontecendo dentro dos núcleos atômicos. Prótons e nêutrons estão zunindo e interagindo entre si. O movimento das partículas nucleares e seu momento angular intrínseco induzem momentos magnéticos. Juntos, isso pode transformar núcleos atômicos em minúsculos ímãs.

“Usando métodos espectroscópicos a laser, o momento magnético até mesmo de núcleos exóticos e de vida curta pode ser determinado com muita precisão”, explica o professor de física Achim Schwenk da TU Darmstadt. Como físico teórico, ele está interessado na descrição dos primeiros princípios dos núcleos.

Porém, os cálculos dos momentos magnéticos ainda não foram satisfatórios. Os valores medidos e calculados experimentalmente diferem para muitos núcleos.

A equipe de Schwenk agora conseguiu um avanço. Os valores calculados do momento magnético estão em melhor concordância com os valores medidos do que nunca, como os pesquisadores mostram em um artigo publicado na edição atual da Cartas de revisão física.

Os novos cálculos funcionam para núcleos que variam de elementos relativamente leves, como oxigênio, a elementos pesados, como bismuto. “Era importante para nós cobrir uma ampla faixa de massa”, diz Schwenk.

Impacto significativo das correntes de dois corpos

Takayuki Miyagi, primeiro autor da publicação, que foi pesquisador de pós-doutorado no grupo de Schwenk até recentemente e agora é professor assistente na Universidade de Tsukuba, no Japão, fez contribuições significativas para o sucesso do projeto.

Rodric Seutin também forneceu informações importantes para os cálculos. Como parte de sua tese de doutorado na TU Darmstadt, ele levou em consideração, nos cálculos para núcleos leves, que as partículas nucleares interagem entre si durante a medição do momento magnético.

Na espectroscopia a laser, um fóton se acopla a uma partícula nuclear. O fato de que a partícula nuclear interage simultaneamente com outros prótons ou nêutrons tem sido ignorado até agora. O acoplamento de fótons a partículas nucleares interagindo pode ser levado em conta ao considerar as chamadas correntes de dois corpos.

As correntes de dois corpos fluem quando prótons e nêutrons trocam partículas carregadas durante a interação. As teorias da interação eletromagnética e forte preveem isso consistentemente. “Levar em conta as correntes de dois corpos melhorou significativamente o cálculo dos momentos magnéticos”, explica Miyagi.

De fundamental importância para a física subatômica

“Agora demos um passo decisivo na descrição dos núcleos atômicos”, resume Schwenk. “As propriedades eletromagnéticas e, portanto, também o comportamento dos núcleos com campos eletromagnéticos são compreendidos, agora podemos abordar as próximas questões.”

As correntes de dois corpos são de fundamental importância na física nuclear e de partículas, acrescenta, citando como exemplo a pesquisa de neutrinos. Para determinar as propriedades dessas partículas elementares, suas interações com os núcleos atômicos podem ser fundamentais.

Ainda há muito a descobrir no mundo subatômico. A pesquisa é complexa e beneficia da cooperação internacional. Além de físicos da TU Darmstadt, pesquisadores da Universidade Johannes Gutenberg Mainz, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts e do centro de pesquisa canadense TRIUMF em Vancouver também participaram do estudo atual.