Pesquisadores da University of Surrey, University of York, University of Edinburgh e Argonne National Laboratory revisitaram e resolveram recentemente alguns dos antigos quebra-cabea§as associados a  decadaªncia de 185 Bi, o núcleo emissor de pra³tons mais pesado conhecido. Seu artigo, publicado na Physical Review Letters , descreve novos resultados cruciais obtidos usando duas configurações avana§adas nas instalações ATLAS do Laborata³rio Nacional de Argonne, a saber, o Fragment Mass Analyzer (FMA) e o Argonne Gas-Filled Analyzer (AGFA).

"Ha¡ muito tempo tem havido um interesse especial nesta regia£o do mapa nuclear, tanto do experimento quanto da teoria, devido a insta¢ncias de coexistaªncia de formas (onde diferentes configurações coexistem em energias próximas umas das outras) emudanças de forma", Daniel Doherty, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, disse Phys.org. "O exa³tico núcleo 185 Bi atraiu um interesse especial por ser um emissor de pra³tons de estado fundamental (ou seja, pode decair emitindo pra³tons de seu estado fundamental) e háuma sanãrie de caracteri­sticas de sua decadaªncia que não foram compreendidas."

As principais caracteri­sticas do decaimento de 185 Bi que estãosob investigação são a meia-vida do núcleo, que éconsideravelmente mais longa do que as teorias de emissão de pra³tons poderiam prever, e seu ramo de decaimento alfa 'impedido'. Obter uma melhor compreensão dessas caracteri­sticas teria várias implicações importantes para essa regia£o especa­fica do mapa nuclear, ao mesmo tempo que aumentaria a compreensão geral dos fa­sicos sobre os núcleos emissores de pra³tons.

"Decidimos que era hora de revisitar esse problema devido a s novas e aprimoradas possibilidades experimentais no Argonne National Laboratory, nos Estados Unidos", explicou Doherty. “Na primeira experiência, nas FMA, liderada por (Andrei) Andreyev da Universidade de York, detectamos alguns sinais interessantes (veja abaixo), mas ainda não esta¡vamos totalmente convencidos de que hava­amos resolvido o problema. Propusemos então um complemento experimente AGFA, no mesmo laboratório, para confirmar (ou refutar) nossas descobertas. "

O estudo recente de Doherty e seus colegas éuma das raras colaborações de pesquisa em física nuclear envolvendo três equipes diferentes baseadas no Reino Unido. Os importantes resultados alcana§ados pelos pesquisadores foram, em última análise, um produto dessa colaboração e do equipamento avana§ado fornecido por seus colaboradores no Laborata³rio Nacional de Argonne, liderado por Darek Seweryniak.

"Naºcleos de 185 Bi foram produzidos em reações de fusão, mas 185 Bi representa apenas uma fração muito pequena do número total de reações (falara­amos de ter uma pequena seção transversal em física nuclear)", disse Doherty. "O separador édefinido de forma que o 185 Bi chegue ao plano focal (para que possamos estudar suas propriedades de decaimento), mas os canais de fundo são suprimidos. Em seguida, implantamos os núcleos em um detector de fita de sila­cio feito sob medida, que tem um total de 160x160 = 25600 'pixels' que nos permite medir sua decadaªncia. "

Em seu primeiro experimento, Doherty e seus colegas também colocaram uma sanãrie de detectores de germa¢nio ao redor do ponto onde implantaram os núcleos. Isso permitiu que eles medissem decaimentos eletromagnanãticos (ou seja, fa³tons de raios-X e raios-X).

Nos dados que coletaram, os pesquisadores encontraram evidaªncias de que o estado fundamental de emissão de pra³tons observado anteriormente foi precedido pelo decaimento eletromagnético de um novo estado excitado de longa duração. Este na­vel, apelidado de "isa´mero", parecia ser responsável pela meia-vida invulgarmente longa de 185 núcleos Bi determinada em trabalhos experimentais anteriores , que não foram capazes de observar este isa´mero. Isso, por sua vez, implicava que a metade do estado fundamental a vida écerca de 20 vezes menor do que o reivindicado em trabalhos anteriores.

"Para confirmar isso, o que quera­amos fazer era observar decaimentos onde esse isa´mero fosse contornado e, a essa altura, o novo AGFA tinha acabado de entrar em operação, então escolhemos usar isso para maximizar nossa eficiência", disse Doherty. "No entanto, a meia-vida mais curta impla­cita era muito curta para ser medida diretamente com técnicas convencionais. O truque que usamos foi registrar as 'formas de onda' dos sinais para que pudessem ser analisados ​​cuidadosamente off-line."

Depois de realizar análises extensas, os pesquisadores finalmente identificaram várias formas de onda que são poderiam ser explicadas por decaimentos de pra³tons muito rápidos. Essas observações confirmaram as descobertas que haviam coletado no primeiro experimento, alguns anos antes.

"Além de ser o núcleo emissor de pra³tons mais pesado, 185 Bi éespecial porque também éo aºnico exemplo de um decaimento para um núcleo filho com um fechamento de camada principal (uma configuração mais simples e esta¡vel)", disse Doherty. "Com a meia-vida previamente determinada, seu decaimento impedido não foi compreendido e a nova meia-vida mais curta determinada em nosso trabalho, que se encaixa muito melhor na teoria, demonstra que o decaimento de pra³tons éde fato um processo relativamente simples. Isso concorda com expectativas, pois, ao contra¡rio do decaimento alfa, que também éum fena´meno de tunelamento qua¢ntico, não precisamos considerar a formação de uma nova parta­cula perto dasuperfÍcie nuclear, já que os pra³tons existem dentro do núcleo ata´mico. "

As descobertas reunidas por esta equipe de pesquisadores oferecem novos insights sobre a dina¢mica por trás da decadaªncia de 185 Bi. No futuro, eles podem servir como um importante referencial para a teoria dos núcleos emissores de pra³tons. Isso provavelmente tera¡ um papel crucial na ampliação do conhecimento existente da física nuclear, ao descrever as propriedades de núcleos ricos em pra³tons exa³ticos e explicar fena´menos como a nucleossa­ntese associada a alguns cenários astrofisicos (ou seja, rajadas de raios-X).

"Ainda hámuito o que fazer para entender esse núcleo", acrescentou Doherty. "Mais medições de 'espectroscopia de decaimento' (ou seja, o que fizemos) são necessa¡rias, especialmente se pudermos fazer uso de detectores de germa¢nio que são muito sensa­veis a baixas energias. Além disso, gostara­amos de realizar medições de espectroscopia de feixe usando a técnica de marcação de recuo-decaimento. Isso seráimportante para confirmar as atribuições especa­ficas dos estados que apresentamos no artigo. "

Além de aumentar a compreensão do decaimento de 185 Bi, o trabalho recente de Doherty e seus colegas pode abrir novas possibilidades na busca por núcleos emissores de fa³tons mais pesados. Embora essas pesquisas possam ser difa­ceis de realizar e envolvam medições desafiadoras, as ferramentas do ATLAS do Laborata³rio Nacional de Argonne poderiam ser usadas para pesquisar emissores de pra³tons potenciais, como 188.189 At, 194.195 Fr e 200.201 Ac. Se bem-sucedidos, esses esforços de pesquisa revelariam novas regiaµes de radioatividade de pra³tons.