Tecnologia Científica

Pesquisadores testam a maneira como entendemos as forças do universo
A descoberta lança luz sobre as forças que atuam dentro do núcleo dos átomos, abrindo a porta para uma maior compreensão do universo. As descobertas foram publicadas hoje na Nature , uma das principais revistas científicas do mundo.
Por Universidade de Massachusetts Lowell - 01/04/2020


Assistente de Física da UMass Lowell Prof. Andrew Rogers. Crédito: UMass Lowell

Uma descoberta por uma equipe de pesquisadores liderada por físicos nucleares da UMass Lowell pode mudar a maneira como os átomos são entendidos pelos cientistas e ajudar a explicar fenômenos extremos no espaço sideral.

A descoberta dos pesquisadores revelou que uma simetria que existe dentro do núcleo do átomo não é tão fundamental quanto os cientistas acreditavam. A descoberta lança luz sobre as forças que atuam dentro do núcleo dos átomos, abrindo a porta para uma maior compreensão do universo. As descobertas foram publicadas hoje na Nature , uma das principais revistas científicas do mundo.

A descoberta foi feita quando a equipe liderada pela UMass Lowell estava trabalhando para determinar como os núcleos atômicos são criados nas explosões de raios-X - explosões que acontecem na superfície das estrelas de nêutrons, que são os remanescentes de estrelas massivas no final de sua vida.

"Estamos estudando o que acontece dentro dos núcleos desses átomos para entender melhor esses fenômenos cósmicos e, finalmente, responder a uma das maiores questões da ciência - como os elementos químicos são criados no universo", disse Andrew Rogers, assistente do UMass Lowell. professor de física, que chefia a equipe de pesquisa.

A pesquisa é apoiada por uma concessão do Departamento de Energia dos Estados Unidos à UMass Lowell e foi conduzida no Laboratório Nacional de Supercondutores de Ciclotron (NSCL) da Michigan State University. No laboratório, os cientistas criam núcleos atômicos exóticos para medir suas propriedades, a fim de entender seu papel como os blocos de construção da matéria, do cosmos e da própria vida.

Os átomos são algumas das menores unidades de matéria. Cada átomo inclui elétrons que orbitam em torno de um pequeno núcleo profundamente dentro de seu núcleo, que contém quase toda a sua massa e energia. Os núcleos atômicos são compostos de duas partículas quase idênticas: prótons carregados e nêutrons não carregados. O número de prótons em um núcleo determina a qual elemento o átomo pertence na tabela periódica e, portanto, sua química. Os isótopos de um elemento têm o mesmo número de prótons, mas um número diferente de nêutrons.

Na NSCL, os núcleos foram acelerados até a velocidade da luz e se fragmentaram em fragmentos, criando o estrôncio-73 - um isótopo raro que não é encontrado naturalmente na Terra, mas pode existir por curtos períodos de tempo durante violentas explosões de raios-X termonucleares na Terra. superfície das estrelas de nêutrons. Este isótopo de estrôncio contém 38 prótons e 35 nêutrons e vive apenas uma fração de segundo.

Trabalhando dia e noite por oito dias, a equipe criou mais de 400 núcleos de estrôncio-73 e os comparou às propriedades conhecidas do bromo-73, um isótopo que contém 35 prótons e 38 nêutrons. Com um número intercambiado de prótons e nêutrons, os núcleos de bromo-73 são considerados "parceiros espelho" dos núcleos de estrôncio-73. A simetria de espelho nos núcleos existe por causa das semelhanças entre prótons e nêutrons e está subjacente à compreensão dos cientistas da física nuclear.

Aproximadamente a cada meia hora, os pesquisadores criaram um núcleo de estrôncio-73, transportaram-no através do separador de isótopos do NSCL e pararam o núcleo no centro de um complexo conjunto de detectores, onde puderam observar seu comportamento. Ao estudar o decaimento radioativo desses núcleos, os cientistas descobriram que o estrôncio-73 se comportava totalmente diferente do bromo-73. A descoberta levanta novas questões sobre as forças nucleares, de acordo com Rogers.

"O estrôncio-73 e o bromo-73 devem parecer idênticos em estrutura, mas surpreendentemente não achamos. As simetrias de sondagem existentes na natureza são uma ferramenta muito poderosa para os físicos. Quando as simetrias se quebram, isso nos diz que há algo errado em nosso entendimento, e precisamos dar uma olhada ", disse Rogers.

O que os cientistas viram desafiará a teoria nuclear, de acordo com Daniel Hoff, pesquisador da UMass Lowell, principal autor do artigo publicado na Nature .

"Comparar os núcleos de estrôncio-73 e bromo-73 foi como olhar no espelho e não se reconhecer. Depois que nos convencemos de que o que estávamos vendo era real, ficamos muito animados", disse Hoff.

Juntamente com Rogers, um morador de Somerville, e Hoff de Medford, a equipe da UMass Lowell incluía membros do corpo docente do Departamento de Física, o professor assistente Peter Bender, o professor emérito CJ Lister e o ex-associado de pesquisa da UMass Lowell, Chris Morse. Os estudantes de pós-graduação em física Emery Doucet, de Mason, NH, e Sanjanee Waniganeththi, de Lowell, também contribuíram para o projeto.

Como parte do estudo da equipe, os cálculos teóricos de última geração foram realizados por Simin Wang, pesquisador associado no Estado de Michigan e dirigido por Witold Nazarewicz, John A. Hannah, professor de física da MSU e cientista-chefe da Universidade de Michigan. Instalação para Feixes Raros de Isótopos (FRIB), que será inaugurada no próximo ano.

O trabalho dos pesquisadores "oferece idéias únicas sobre a estrutura de isótopos raros", disse Nazarewicz. "Mas ainda há muito a ser feito. Novas instalações disponíveis, como o FRIB da MSU, fornecerão pistas que faltam para uma compreensão mais profunda do quebra-cabeça da simetria do espelho. Estou feliz que as vigas exóticas fornecidas por nossas instalações, instrumentação única e teoria cálculos poderiam contribuir para este trabalho magnífico ".

Planos para mais experimentos já estão em andamento, pois os pesquisadores procuram refinar e confirmar suas observações e estudar esses isótopos.

 

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