Cientistas observaram uma forma nunca antes vista de oxigênio
Um isótopo recém-observado de oxigênio está desafiando todas as nossas expectativas sobre como ele deve se comportar.
É o oxigênio-28, com o maior número de nêutrons já visto no núcleo de um átomo de oxigênio. No entanto, embora os cientistas acreditem que ele deva ser estável, ele decai rapidamente – colocando em dúvida o que pensávamos saber sobre números “mágicos” de partículas no núcleo de um átomo.
O núcleo de um átomo contém partículas subatômicas chamadas nucleons, consistindo de prótons e nêutrons.
O número atômico de um elemento é definido pelo número de prótons que ele tem, mas o número de nêutrons pode variar.
Elementos de diferentes números de nêutrons são conhecidos como isótopos; O oxigênio tem 8 prótons, mas pode ter números diferentes de nêutrons.
Anteriormente, o maior número de nêutrons observado era de 18, no isótopo oxigênio oxigênio-26 (8 prótons mais 18 nêutrons equivalem a 26 nucleons.
Agora, uma equipe liderada pelo físico nuclear Yosuke Kondo, do Instituto de Tecnologia de Tóquio, no Japão, encontrou dois isótopos de oxigênio que nunca vimos antes, oxigênio-27 e oxigênio-28, com 19 e 20 nêutrons, respectivamente. A pesquisa foi publicada na Nature.
O trabalho foi realizado na RIKEN Radioactive Isotope Beam Factory, uma instalação de acelerador cíclotron projetada para produzir isótopos instáveis.
Primeiro, a equipe disparou um feixe de isótopos de cálcio-48 em um alvo de berílio para produzir átomos mais leves, incluindo flúor-29, um isótopo de flúor com 9 prótons e 20 nêutrons.
Este flúor-29 foi então separado e colidiu com um alvo de hidrogênio líquido para derrubar um próton na tentativa de criar oxigênio-28.
A tentativa foi bem-sucedida, mas surpreendente. Tanto o oxigênio-27 quanto o oxigênio-28 são instáveis, durando apenas um momento de tempo antes de decair em oxigênio-24 e 3 ou 4 nêutrons soltos, respectivamente, e é aí que as coisas ficam interessantes para o oxigênio-28.
Tanto o 8 quanto o 20 são números “mágicos” para prótons e nêutrons, respectivamente, uma propriedade que sugere que o oxigênio-28 deve ser estável.
O número total de cada um depende de como cada núcleo adicionado afeta a estabilidade das cotas de prótons e nêutrons chamadas “cascas”.
Um número mágico na física nuclear é o número de núcleons que preencherão completamente uma concha, com cada nova camada distinguida da anterior por uma grande lacuna de energia.
Um núcleo atômico com camadas de prótons e nêutrons contendo números mágicos de cada um é conhecido como duplamente mágico, e espera-se que seja especialmente estável.
A maior parte do oxigênio na Terra, incluindo o ar que respiramos, é uma forma duplamente mágica de oxigênio, o oxigênio-16.
Esperava-se que o oxigênio-28 fosse por muito tempo o próximo isótopo de oxigênio duplamente mágico depois do oxigênio-16, mas as tentativas anteriores de encontrá-lo falharam.
Curiosamente, evidências de que o oxigênio-24 pode ser duplamente mágico surgiram em 2009, sugerindo que 16 poderia ser um número mágico.
O trabalho de Kondo e seus colegas poderia explicar o porquê. Suas descobertas sugerem que a camada de nêutrons não havia sido preenchida. Isso coloca em questão se 20 é ou não um número mágico para nêutrons.
Curiosamente, parece consistente com um fenômeno conhecido como ilha de inversão para isótopos de néon, sódio e magnésio, onde conchas de 20 nêutrons não conseguem fechar. Isso também se estende ao flúor-29 e, agora, aparentemente ao oxigênio-28.
Uma maior compreensão da camada de nêutrons estranhamente não fechada terá que esperar até que os pesquisadores possam sondar o núcleo em um estado excitada e de maior energia. Outros métodos de formação de oxigênio-28 também podem ser reveladores, embora isso seja muito mais complicado de perceber.
Por enquanto, os resultados fascinantes e duramente conquistados da equipe revelam que núcleos duplamente mágicos podem ser muito mais complicados do que sabíamos.
Fonte: Texto compartilhado do original em ScienceAlert sob licença Creative Commons.
