Núcleos ‘espelho’ ajudam a conectar teoria nuclear e estrelas de nêutrons

Adicionar ou remover nêutrons de um núcleo atômico leva a mudanças no tamanho do núcleo. Isso, por sua vez, causa pequenas mudanças nos níveis de energia dos elétrons do átomo, conhecidas como mudanças de isótopos. Cientistas podem usar medições de precisão dessas mudanças de energia para medir o raio do núcleo de um isótopo.

Em um estudo recente, pesquisadores fizeram medições assistidas por laser dos raios nucleares dos isótopos estáveis ​​de silício silício-28, silício-29 e silício-30. Eles também mediram o raio do núcleo instável de silício-32, que tem 14 prótons e 18 nêutrons. Os pesquisadores usaram a diferença entre o raio do núcleo de silício-32 e seu núcleo espelho, argônio-32, que tem 18 prótons e 14 nêutrons, para definir limites em variáveis ​​que ajudam a descrever a física de objetos astrofísicos, como estrelas de nêutrons. Os resultados são um passo importante no desenvolvimento da teoria nuclear, o estudo de núcleos e seus componentes.

O artigo foi publicado na revista Cartas de revisão física.

Apesar do progresso na teoria nuclear, os cientistas ainda enfrentam desafios de longa data em sua compreensão dos núcleos. Por exemplo, os pesquisadores não conectaram a descrição do tamanho nuclear com a teoria subjacente da força nuclear forte. Além disso, não está claro se as teorias nucleares que descrevem núcleos atômicos finitos podem fornecer uma descrição confiável da matéria nuclear. Esta forma especial de matéria consiste em prótons e nêutrons interagindo. A matéria nuclear inclui matéria em condições extremas, como estrelas de nêutrons. Medições de precisão dos raios de carga — o raio dos núcleos atômicos — ajudam a resolver essas questões em aberto.

Os pesquisadores usaram medições de espectroscopia a laser de deslocamentos de isótopos atômicos para medir o raio nuclear de diferentes isótopos de silício na instalação de espectroscopia BEam COoler and LAser (BECOLA) na Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) da Michigan State University.

Os resultados fornecem um importante parâmetro para o desenvolvimento da teoria nuclear. A diferença de raios de carga entre o núcleo de silício-32 e seu núcleo espelho argônio-32 foi usada para restringir os parâmetros necessários para descrever as propriedades da matéria densa de nêutrons dentro de estrelas de nêutrons. Os resultados obtidos concordam com as restrições de observações de ondas gravitacionais e outros observáveis ​​complementares.