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Equipe de pesquisa cria o isótopo de magnésio mais leve do mundo até hoje
O novo isótopo não responderá a essas perguntas por si só, mas pode ajudar a refinar as teorias e modelos que os cientistas desenvolvem para explicar esses mistérios.
Por Michigan State University - 23/12/2021


Imagem representando o novo isótopo magnésio-18. Crédito: SM Wang / Fudan University and Facility for Rare Isotope Beams

Em colaboração com uma equipe internacional de pesquisadores, a Michigan State University (MSU) ajudou a criar a versão mais leve do mundo - ou isótopo - de magnésio até hoje.

Forjado no Laboratório Nacional de Ciclotron Supercondutor em MSU, ou NSCL, este isótopo é tão instável que se desfaz antes que os cientistas possam medi-lo diretamente. No entanto, esse isótopo que não gosta de existir pode ajudar os pesquisadores a entender melhor como os átomos que definem nossa existência são feitos.

Liderada por pesquisadores da Universidade de Pequim, na China, a equipe incluiu cientistas da Universidade de Washington em St. Louis, MSU, e outras instituições.

"Uma das grandes questões em que estou interessado é de onde vêm os elementos do universo", disse Kyle Brown, professor assistente de química na Facility for Rare Isotope Beams, ou FRIB. Brown foi um dos líderes do novo estudo, publicado online em 22 de dezembro pela revista Physical Review Letters.

"Como esses elementos são feitos? Como esses processos acontecem?" perguntou Brown.

O novo isótopo não responderá a essas perguntas por si só, mas pode ajudar a refinar as teorias e modelos que os cientistas desenvolvem para explicar esses mistérios.

A Terra está cheia de magnésio natural , forjado há muito tempo nas estrelas, que desde então se tornou um componente-chave de nossas dietas e minerais na crosta do planeta. Mas esse magnésio é estável. Seu núcleo atômico, ou núcleo, não se desintegra.

O novo isótopo de magnésio, entretanto, é instável demais para ser encontrado na natureza. Mas, ao usar aceleradores de partículas para fazer isótopos cada vez mais exóticos como este, os cientistas podem expandir os limites dos modelos que ajudam a explicar como todos os núcleos são construídos e permanecem juntos.

Isso, por sua vez, ajuda a prever o que acontece em ambientes cósmicos extremos que talvez nunca possamos imitar ou medir diretamente da Terra.

"Ao testar esses modelos e torná-los cada vez melhores, podemos extrapolar para como as coisas funcionam onde não podemos medi-las", disse Brown. "Estamos medindo as coisas que podemos medir para prever as coisas que não podemos."

NSCL tem ajudado cientistas em todo o mundo a aprofundar a compreensão do universo pela humanidade desde 1982. O FRIB continuará essa tradição quando os experimentos começarem em 2022. O FRIB é uma instalação do usuário do Departamento de Energia dos EUA (DOE-SC), apoiando a missão do DOE -SC Office of Nuclear Physics.
 
"O FRIB vai medir muitas coisas que não fomos capazes de medir no passado", disse Brown. "Na verdade, temos um experimento aprovado definido para ser executado no FRIB. E devemos ser capazes de criar outro núcleo que não tenha sido feito antes."

Rumo a esse experimento futuro, Brown se envolveu com quatro projetos diferentes que criaram novos isótopos. Isso inclui o mais novo, conhecido como magnésio-18.

Todos os átomos de magnésio têm 12 prótons dentro de seus núcleos. Anteriormente, a versão mais leve do magnésio tinha 7 nêutrons, dando a ele um total de 19 prótons e nêutrons - daí sua designação como magnésio-19.

Para fazer o magnésio-18, que é mais leve em um nêutron, a equipe começou com uma versão estável do magnésio, o magnésio-24. O ciclotron em NSCL acelerou um feixe de magnésio-24 núcleos para cerca de metade da velocidade da luz e enviou esse feixe em direção a um alvo, que é uma folha de metal feita do elemento berílio. E esse foi apenas o primeiro passo.

"Essa colisão nos dá um monte de isótopos diferentes mais leves do que o magnésio-24", disse Brown. "Mas, dessa sopa, podemos selecionar o isótopo que queremos."

Nesse caso, esse isótopo é magnésio-20. Esta versão é instável, o que significa que se deteriora, geralmente em décimos de segundo. Portanto, a equipe está trabalhando para fazer aquele magnésio-20 colidir com outro alvo de berílio a cerca de 30 metros de distância.

"Mas está viajando com metade da velocidade da luz", disse Brown. "Ele chega lá muito rapidamente."

É a próxima colisão que cria o magnésio-18, que dura cerca de um sextilionésimo de segundo. É tão curto que o magnésio-18 não se envolve com elétrons para se tornar um átomo completo antes de se desintegrar. Ele existe apenas como um núcleo nu.

Na verdade, é tão curto que o magnésio-18 nunca sai do alvo de berílio. O novo isótopo decai dentro do alvo.

Isso significa que os cientistas não podem examinar o isótopo diretamente, mas podem caracterizar sinais reveladores de sua decadência. O magnésio-18 primeiro ejeta dois prótons de seu núcleo para se tornar o neon-16, que então ejeta mais dois prótons para se tornar o oxigênio-14. Ao analisar os prótons e o oxigênio que escapam do alvo, a equipe pode deduzir as propriedades do magnésio-18.

"Este foi um esforço de equipe. Todos trabalharam muito neste projeto", disse Brown. "É muito emocionante. Não é todo dia que as pessoas descobrem um novo isótopo."

Dito isso, os cientistas estão adicionando novas entradas a cada ano à lista de isótopos conhecidos, cujo número está na casa dos milhares.

"Estamos adicionando gotas a um balde, mas são gotas importantes", disse Brown. "Podemos colocar nossos nomes neste aqui, toda a equipe pode. E posso dizer aos meus pais que ajudei a descobrir esse núcleo que ninguém mais viu antes."

 

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