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Um novo estudo liderado pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) mediu quanto tempo leva para vários tipos de núcleos exóticos se decomporem. O jornal, publicado hoje em Cartas de revisão físicamarca o primeiro resultado experimental do Facility for Rare Isotope Beams (FRIB), uma instalação de usuários do DOE Office of Science operada pela Michigan State University.
Os cientistas usaram a instalação única para entender melhor os núcleos, a coleção de prótons e nêutrons encontrados no coração dos átomos. A compreensão desses blocos de construção básicos permite que os cientistas refinem seus melhores modelos e tenham aplicações na medicina, segurança nacional e indústria.
“A amplitude da instalação e os programas que estão sendo realizados são realmente empolgantes de assistir”, disse Heather Crawford, física do Berkeley Lab e principal porta-voz do primeiro experimento FRIB. “Pesquisas serão lançadas em diferentes áreas que impactarão coisas nas quais ainda nem pensamos. Há muito potencial de descoberta.”
O primeiro experimento é apenas uma pequena amostra do que está por vir na instalação, que se tornará 400 vezes mais poderosa nos próximos anos. “Vai ser realmente emocionante – alucinante, honestamente”, disse Crawford.
Mais de 50 participantes de dez universidades e laboratórios nacionais estiveram envolvidos no primeiro experimento. O estudo analisou isótopos de vários elementos. Isótopos são variações de um determinado elemento; eles têm o mesmo número de prótons, mas podem ter diferentes números de nêutrons.
Os pesquisadores se concentraram em isótopos instáveis próximos à “linha de gotejamento”, o local onde os nêutrons não podem mais se ligar a um núcleo. Em vez disso, quaisquer nêutrons adicionais escorrem, como água de uma esponja de cozinha saturada.
Os pesquisadores esmagaram um feixe de núcleos estáveis de cálcio-48 viajando a cerca de 60% da velocidade da luz em um alvo de berílio. O cálcio se fragmentou, produzindo uma série de isótopos que foram separados, identificados individualmente e entregues a um detector sensível que media quanto tempo demoravam para decair. O resultado? O primeiro relatou medições de meias-vidas para cinco isótopos exóticos carregados de nêutrons de fósforo, silício, alumínio e magnésio.
Medições de meia-vida (talvez mais conhecidas por aplicações em datação por carbono) são uma das primeiras coisas que os pesquisadores podem observar sobre essas partículas de vida curta. A informação fundamental sobre núcleos nos limites de sua existência fornece um teste útil para diferentes modelos do mundo atômico.
“Esta é uma questão científica básica, mas está ligada ao panorama geral do campo”, disse Crawford. “Nosso objetivo é descrever não apenas esses núcleos, mas todos os tipos de núcleos. Esses modelos nos ajudam a preencher as lacunas, o que nos ajuda a prever com mais segurança coisas que ainda não conseguimos medir.”
Teorias mais completas ajudam a avançar a pesquisa em áreas como astrofísica e física nuclear – por exemplo, entender como os elementos se formam na explosão de estrelas ou como os processos se desenrolam em reatores nucleares.
Crawford e a equipe planejam repetir o experimento de meia-vida novamente no próximo ano, aproveitando a intensidade do feixe adicional que aumentará o número de isótopos produzidos, incluindo isótopos raros próximos à linha de gotejamento de nêutrons. Enquanto isso, outros grupos aproveitarão as muitas linhas de luz e instrumentos da instalação.
“Colocar a instalação online foi um grande esforço de muitas pessoas e algo que a comunidade esperava há muito tempo”, disse Crawford. “Estou empolgado por ser jovem o suficiente para continuar aproveitando isso nas próximas décadas.”
Várias instituições colaboraram no primeiro experimento, com pesquisadores do Argonne National Laboratory (ANL), Berkeley Lab, Brookhaven National Laboratory, Florida State University, FRIB, Lawrence Livermore National Laboratory, Louisiana State University, Los Alamos National Laboratory, Mississippi State University, Oak Ridge National Laboratory (ORNL) e a University of Tennessee Knoxville (UTK).
Cientistas do ORNL, UTK, ANL e FRIB lideraram a colaboração para fornecer os instrumentos usados no iniciador da FRIB Decay Station, o sistema detector sensível que mede os isótopos.
A Michigan State University (MSU) opera o Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) como uma instalação de usuário para o Escritório de Ciências do Departamento de Energia dos EUA (DOE-SC), apoiando a missão do Escritório de Física Nuclear do DOE-SC. Hospedando o que foi projetado para ser o mais poderoso acelerador de íons pesados, o FRIB permite que os cientistas façam descobertas sobre as propriedades de isótopos raros para entender melhor a física dos núcleos, astrofísica nuclear, interações fundamentais e aplicações para a sociedade, inclusive na medicina , segurança interna e indústria.
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