Tecnologia Científica

Avanços na modelagem teórica de núcleos atômicos
O núcleo atômico é um osso duro de roer. A forte interação entre os prótons e os nêutrons que o compõem depende de muitas quantidades, e essas partículas, conhecidas coletivamente como nucleons, estão sujeitas...
Por Ana Lopes - 14/01/2022


A instalação ISOLDE vista de cima. Crédito: CERN

O núcleo atômico é um osso duro de roer. A forte interação entre os prótons e os nêutrons que o compõem depende de muitas quantidades, e essas partículas, conhecidas coletivamente como nucleons, estão sujeitas não apenas a forças de dois corpos, mas também de três corpos. Essas e outras características tornam a modelagem teórica de núcleos atômicos um empreendimento desafiador.

Nas últimas décadas, no entanto, cálculos teóricos ab initio, que tentam descrever os núcleos a partir dos primeiros princípios, começaram a mudar nossa compreensão dos núcleos. Esses cálculos exigem menos suposições do que os modelos nucleares tradicionais e têm um poder preditivo mais forte. Dito isso, porque até agora eles só podem ser usados ​​para prever as propriedades de núcleos até uma certa massa atômica, eles nem sempre podem ser comparados com os chamados cálculos DFT, que também são fundamentais e poderosos e existem há mais tempo. Tal comparação é essencial para construir um modelo nuclear que seja aplicável em toda a linha.

Em um artigo publicado recentemente na Physical Review Letters , uma equipe internacional das instalações ISOLDE do CERN mostra como uma combinação única de dados experimentais de alta qualidade e vários cálculos de física nuclear ab initio e DFT resultou em uma excelente concordância entre os diferentes cálculos, como bem como entre os dados e os cálculos.

"Nosso estudo demonstra que a teoria nuclear de precisão dos primeiros princípios não é mais um sonho", diz Stephan Malbrunot, do CERN, o primeiro autor do artigo. "Em nosso trabalho, os cálculos concordam entre si, bem como com nossos dados ISOLDE sobre núcleos de níquel, dentro de uma pequena incerteza teórica."

Usando um conjunto de métodos experimentais no ISOLDE, incluindo uma técnica para detectar a luz emitida por átomos de vida curta quando a luz do laser incide sobre eles, Malbrunot e colegas determinaram os raios (de carga) de uma série de núcleos de níquel de vida curta, que têm o mesmo número de prótons, 28, mas um número diferente de nêutrons. Esses 28 prótons preenchem uma camada completa dentro do núcleo, resultando em núcleos mais fortemente ligados e estáveis ​​do que seus vizinhos nucleares. Esses núcleos "mágicos" são excelentes casos de teste para teorias nucleares e, em termos de raio, os núcleos de níquel são os últimos núcleos mágicos inexplorados que têm uma massa dentro da região de massa na qual os cálculos ab initio e DFT podem ser feitos.

Comparando os dados de raios ISOLDE com três cálculos ab initio e um cálculo DFT, os pesquisadores descobriram que os cálculos concordam com os dados, bem como entre si, dentro de uma incerteza teórica de uma parte em cem.

"Um acordo com esse nível de precisão demonstra que eventualmente será possível construir um modelo aplicável a todo o gráfico de núcleos", diz Malbrunot.

 

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