Descobrindo a ilha de estabilidade: avanços em núcleos superpesados como rutherfórdio-252

São PauloPesquisadores do GSI/FAIR, da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz e do Instituto Helmholtz de Mainz alcançaram um avanço importante no entendimento dos elementos superpesados. Eles conseguiram medir o núcleo superpesado de vida mais curta, o rutherfórdio-252, revelando informações sobre a evasiva "ilha de estabilidade". Este estudo foi publicado na revista Physical Review Letters e destacado como uma "sugestão do editor". A principal conclusão é que certas combinações de prótons e nêutrons, conhecidas como "números mágicos", conferem estabilidade adicional a alguns elementos superpesados, o que pode resultar em vida mais longa.

Rutherfordium-252 é agora conhecido como o núcleo superpesado com a vida mais curta, apresentando uma meia-vida de 60 nanossegundos. Os experimentos indicam possíveis caminhos para núcleos ainda mais efêmeros por meio de estados excitados de longa duração, conhecidos como isômeros. Essas descobertas ajudam a traçar o "contorno" da ilha de estabilidade.

Cientistas utilizaram um feixe de titânio-50 do acelerador UNILAC do GSI/FAIR para bombardear núcleos de chumbo. Este processo gerou produtos de fusão, que foram então separados pelo aparelho TransActinide Separator and Chemistry. Esses produtos foram detectados por um detector de silício, registrando sua curta existência e decaimento. Foram observados 27 átomos de rutherfórdio-252, que decaíram por fissão com uma meia-vida de 13 microssegundos.

Dr. Khuyagbaatar Jadambaa, autor principal do departamento de pesquisa sobre química de elementos superpesados do GSI/FAIR, explicou que isômeros podem ter tempos de vida mais longos, oferecendo uma oportunidade para compreender melhor esses elementos de curta duração. O próximo passo da equipe é estudar o seabórgio (elemento 106) para aprofundar essa investigação.

Descobertas trazem novos entendimentos sobre a estabilidade de elementos superpesados e estabelecem um novo patamar para a brevidade de suas vidas úteis. Isso abre caminho para pesquisas futuras na instalação internacional FAIR, atualmente em construção em Darmstadt.

Ilha de estabilidade

A ideia de uma ilha de estabilidade é um conceito fascinante no campo dos elementos superpesados. Ela propõe que pode haver combinações de prótons e nêutrons que formam núcleos atômicos muito estáveis, apesar da instabilidade normalmente presente em elementos mais pesados. O estudo recente sobre o núcleo de rutherfórdio-252 ajudou a refinar nossa compreensão desse conceito. As descobertas dos pesquisadores contribuem significativamente para a exploração dos limites dessa ilha de estabilidade.

Aspectos principais desta pesquisa incluem:

• Números Mágicos: Tratam-se de combinações singulares de prótons e nêutrons que conferem uma estabilidade adicional aos núcleos atômicos.

• Núcleo de Vida mais Curta: O Rutherfordium-252 é atualmente o núcleo superpesado com a vida mais efêmera já descoberto.

• Estados Excitados e Isômeros: Estes fenômenos oferecem novos caminhos para explorar elementos instáveis.

As descobertas mostram como os efeitos quânticos e os estados excitados, conhecidos como isômeros, podem prolongar a vida desses núcleos. Isso permite que os cientistas estudem elementos superpesados que, de outra forma, se desintegrariam rápido demais para a pesquisa.

Descobrir elementos superpesados de curta duração desafia as teorias existentes. Isso força os cientistas a explorar como estados excitados podem oferecer estabilidade. Tradicionalmente, elementos estáveis foram alcançados com combinações próximas aos números mágicos. No entanto, este estudo sugere que explorar estados isoméricos promete novas descobertas.

Os resultados abrem caminho para futuras pesquisas. Passos seguintes podem incluir o exame de elementos como o seabórgio (elemento 106) para um entendimento mais aprofundado. A construção contínua da instalação FAIR em Darmstadt é crucial nesses esforços. Este centro irá fortalecer a busca para mapear os limites da ilha de elementos superpesados.

Avanços recentes mostram o progresso alcançado na física nuclear e destacam a importância de pesquisas inovadoras na exploração das complexidades do mundo atômico. O novo entendimento sobre a ilha de estabilidade orientará futuras iniciativas, permitindo à comunidade científica desvendar os mistérios dos elementos superpesados.

Direções futuras de pesquisa

O estudo recente apresenta novas e empolgantes perspectivas para pesquisas futuras no campo dos elementos superpesados. A descoberta do núcleo superpesado de vida mais curta, Rf-252, amplia os limites e estabelece novos padrões, incentivando os cientistas a explorar mais a fundo esses gigantes efêmeros. Pesquisas futuras podem se concentrar em várias áreas-chave:

• Explorando estados isoméricos: Investigar estados excitados de longa duração em outros elementos superpesados para compreender suas características de estabilidade.
• Mapeando fronteiras isotópicas: Determinar como as variações isotópicas afetam a estabilidade, especialmente em elementos mais pesados que o rutherfórdio.
• Síntese de novos elementos: Experimentar a criação de isótopos de seabórgio, investigando tempos de vida inferiores a um microssegundo.

Estas direções possuem implicações amplas. Ao estudar estados isoméricos, os pesquisadores podem descobrir mecanismos que permitem a alguns núcleos permanecerem estáveis, apesar de terem um número elevado de prótons e nêutrons. Isso poderia oferecer insights sobre as chamadas "ilhas de estabilidade" e como elas ajudam algumas configurações atômicas a evitar a rápida desintegração.

Compreender as fronteiras isotópicas é fundamental para mapear esses limites. Este conhecimento permitirá aos cientistas explorar até onde podem ir na criação de novos elementos estáveis, o que pode resultar em avanços na ciência dos materiais e possivelmente revelar novos elementos com propriedades únicas.

Sintetizar isótopos de seabórgio com vidas extremamente curtas pode esclarecer o comportamento dos núcleos superpesados. Esses conhecimentos podem permitir que pesquisadores aprimorem as técnicas utilizadas na próxima geração de experimentos em instalações como o FAIR.

A construção contínua da instalação FAIR promete fornecer as ferramentas e tecnologias necessárias para essas futuras explorações. Esses empreendimentos podem transformar nossa compreensão da física nuclear e das forças que mantêm unidas as partículas fundamentais do universo. Ao investigar mais a fundo a ilha de estabilidade, os cientistas podem desvendar segredos que têm escapado por décadas, abrindo novas fronteiras para explorar no cenário atômico.