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O estudo de sistemas físicos sob condições extremas oferece informações valiosas sobre a sua organização e estrutura. Na física nuclear, os isótopos ricos em nêutrons, especialmente os leves, com proporção nêutron-próton significativamente diferente daquela dos núcleos estáveis, fornecem testes rigorosos das teorias modernas da estrutura nuclear. Esses isótopos existem como ressonâncias de vida muito curta, decaindo através da emissão espontânea de nêutrons.
Agora, em um novo estudo publicado e disponível em Naturezauma colaboração internacional de pesquisadores liderada por Yosuke Kondo, professor assistente do Departamento de Física do Instituto de Tecnologia de Tóquio, relata a primeira observação de dois desses isótopos – o oxigênio-28 (28O) e oxigênio-27 (27O) – através de seu decaimento em oxigênio-24 com quatro e três nêutrons, respectivamente. O núcleo 28O, que consiste em 8 prótons e 20 nêutrons (N), é de interesse significativo, pois espera-se que seja um dos poucos núcleos “duplamente mágicos” na imagem padrão do modelo de concha da estrutura nuclear.
O sucesso do estudo foi possibilitado pelas capacidades da RIKEN RI Beam Factory, que poderia produzir feixes intensos de núcleos instáveis acoplados a um alvo ativo de hidrogênio líquido espesso e matrizes de detecção de múltiplos nêutrons. Reações de nocaute de núcleos induzidas por prótons de alta energia 29O feixe F gerou os isótopos não ligados a nêutrons 27Ó e 28O. Os pesquisadores observaram esses isótopos e estudaram suas propriedades detectando diretamente seus produtos de decomposição.
Eles descobriram que ambos 27Ó e 28O existem como ressonâncias estreitas e baixas e comparou suas energias de decaimento com os resultados de modelos teóricos sofisticados – um cálculo de modelo de casca em grande escala e uma abordagem estatística recentemente desenvolvida – com base em teorias de campo eficazes da cromodinâmica quântica. A maioria das abordagens teóricas previu energias mais altas para ambos os isótopos. “Especificamente, os cálculos estatísticos de cluster acoplado sugeriram que as energias de 27Ó e 28O pode fornecer restrições valiosas para as interações consideradas em tal desde o início abordagens”, aponta o Dr. Kondo.
“Os pesquisadores também investigaram o corte transversal para a produção de 28Ó do 29Feixe F, achando-o consistente com 28Ó não exibindo um fechado N = 20 estrutura de casca. “Este resultado sugere que a ‘ilha de inversão’, onde a lacuna de energia entre os orbitais de nêutrons enfraquece ou desaparece, se estende além dos isótopos de flúor 28F e 29F nos isótopos de oxigênio”, explica o Dr. Kondo.
As presentes descobertas melhoram a nossa compreensão da estrutura nuclear, oferecendo novos insights, especialmente para núcleos extremamente ricos em nêutrons. Além disso, a investigação detalhada de correlações multi-nêutrons e o estudo de outros sistemas exóticos agora se tornam possíveis com a técnica de espectroscopia de decaimento múltiplo de nêutrons aqui utilizada.
Esperemos que pesquisas futuras desvendem muitos mais mistérios que cercam os núcleos!
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