Núcleo de átomo em formato de pera aponta para Nova Física

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/05/2013

Representação gráfica do núcleo do átomo de rádio 224, que pode ajudar a explicar por que há mais matéria do que antimatéria no Universo e revelar uma Quinta Força Fundamental da natureza. [Imagem: Liam Gaffney/Peter Butler/Universidade de Liverpool]

Núcleo atômico em formato de pera

O que o formato do núcleo de um átomo tem a ver com o início do Universo? E com a antimatéria? E com as teorias sobre o que é o próprio átomo?

Na verdade, um núcleo atômico em formato de pera pode se transformar em uma das realizações mais importantes da física nos últimos tempos.

Mas o que pode ser tão interessante nessa "pera atômica"?

O núcleo de um átomo é formado por prótons e nêutrons, mantidos juntos pela Força Nuclear Forte, que se contrapõe à repulsão eletrostática que tende a separar os prótons.

A teoria mais simples diria que os núcleos atômicos são esféricos, mas os cientistas já sabiam que alguns são ligeiramente alongados, e também já conheciam um em formato de pera, o rádio 226, descoberto em 1993.

O grande interesse está na necessidade de explicar esse formato: como a Força Nuclear Forte e a eletrostática se inter-relacionam no interior do núcleo para que eles tenham formatos diferentes?

Ou será que tudo é ainda mais interessante, e haveria então uma outra força fundamental da natureza agindo no núcleo atômico, que possa explicar porque uns têm um formato e outros têm outro?

Os físicos já estavam precisando de uma nova força fundamental da natureza que pudesse ajudar explicar a assimetria entre matéria e antimatéria.

O modelo cosmológico do Big Bang estabelece que matéria e antimatéria foram criadas em quantidades iguais no início do Universo - mas, então, onde está toda a antimatéria?

Este é o equipamento usado para identificar os átomos com núcleo em formato de pera. [Imagem: CERN]

Nova força fundamental da natureza

É aí que entra o núcleo atômico em formato de pera. Não é fácil criar novas teorias estudando uma única pera - no caso, o já conhecido rádio 226.

Então um grupo internacional de pesquisadores usou um espectrômetro no CERN para procurar mais átomos com núcleos com formato de pera.

E eles agora descobriram que o núcleo do rádio 224 tem o formato perfeito de uma pera. O experimento também mostrou que o núcleo do átomo de radônio 220 oscila entre uma esfera irregular e uma pera.

"O formato de pera é especial. Ele significa que os nêutrons e os prótons que compõem o núcleo estão em posições ligeiramente diferentes ao longo de um eixo interno," explicou Tim Chupp, um dos cientistas da equipe.

O Modelo Padrão descreve quatro forças fundamentais ou interações que regem como a matéria se comporta: a Gravidade atrai corpos maciços um em direção ao outro. A interação Eletromagnética dá origem a forças em corpos carregados eletricamente. E as forças nucleares Forte e Fraca operam nos núcleos dos átomos, unindo prótons e nêutrons ou fazendo com que essas partículas decaiam.

Os núcleos em forma de pera seriam assimétricos porque os prótons estariam sendo empurrados para longe do centro do núcleo por alguma força nuclear ainda desconhecida - e as forças nucleares são fundamentalmente diferentes de forças esfericamente simétricas, como a gravidade.

Podendo estudar e comparar as duas peras, os físicos esperam não apenas descobrir uma nova força fundamental da natureza, como também explicar aassimetria entre matéria e antimatéria no início do Universo e melhorar seus modelos do que seria exatamente um átomo.

A pera da Nova Física

Modelos ainda especulativos propõem que alguns núcleos atômicos devem gerar um fraco campo magnético.

Esta hipótese poderá agora ser testada com os núcleos em formato de pera porque, se essa polaridade magnética realmente existe, então os núcleos-pera deverão apresentar esses dipolos mais fortes do que os núcleos esféricos.

"Vendo o quadro mais amplo possível, nós estamos tentando entender tudo o que observamos diretamente, e também o que observamos indiretamente, para tentar explicar o que aconteceu para nós estivéssemos aqui," concluiu Chupp.

Assim, como a maçã de Newton mudou nossa concepção do mundo, talvez agora seja a vez da pera cumprir seu papel na inauguração de uma Nova Física.

Bibliografia:

Studies of nuclear pear-shapes using accelerated radioactive beams
L. P. Gaffney et al.
Nature
Vol.: 497 (7448)
DOI: 10.1038/nature12073