Físicos descobrem novos isótopos de elementos pesados de terras raras: WebCuriosos
Proporções nunca antes vistas de partículas que constituem os núcleos atômicos surgiram em um experimento histórico envolvendo a fragmentação de elementos pesados.
Ao quebrar os núcleos de platina, os físicos liderados por Oleg Tarasov, da Michigan State University, descobriram novos isótopos de elementos de terras raras, túlio, itérbio e lutécio. É uma conquista que os cientistas acreditam que os ajudará a compreender as propriedades dos núcleos ricos em neutrões e os processos que criam novos elementos na colisão de estrelas de neutrões.
O trabalho, dizem os pesquisadores, também demonstra o poder do recém-concluído Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) da Michigan State University, que conduziu seu primeiro experimento em junho de 2022.
Nem todas as formas de um elemento são construídas da mesma forma. Cada núcleo atômico consiste em uma série de partículas subatômicas conhecidas como núcleons – prótons e nêutrons. O número de prótons é consistente em todas as formas de um elemento e dá a esse elemento seu número atômico.
O número de nêutrons, entretanto, pode variar. Essas variações determinam o que é conhecido como isótopos de um elemento.
Todos os elementos possuem vários isótopos, que se formam com vários níveis de estabilidade. Alguns decaem extraordinariamente rápido, decompondo-se em elementos mais leves em uma nuvem de radiação ionizante. Alguns simplesmente ficam em perfeita estabilidade. Compreender os diferentes isótopos e como eles se comportam ajuda os cientistas a descobrir como o Universo produz os elementos e a estimar a abundância desses elementos no espaço e no tempo.
Para forjar seus novos isótopos, Tarasov e colegas começaram com um isótopo de platina com 120 nêutrons chamado 198Pt. A platina padrão tem 117 nêutrons; usar um isótopo mais pesado pode alterar a forma como o núcleo se fragmenta.
Eles colocaram esses átomos no FRIB, que usa um acelerador de íons pesados para fragmentar núcleos atômicos. Feixes de isótopos raros são disparados contra um alvo a velocidades superiores à metade da velocidade da luz. Quando atingem o alvo, esses isótopos se quebram em isótopos de núcleo mais leves; os físicos podem então detectar e estudar esses isótopos.
Na fragmentação de 198Pt, a equipe de Tarasov descobriu 182Tm e 183Tm, com 113 e 114 nêutrons respectivamente; túlio padrão tem 69 nêutrons. Eles também encontraram 186Yb e 187Yb, com 116 e 117 nêutrons, respectivamente; O itérbio padrão tem 103 nêutrons. Finalmente, eles encontraram 190Lu, com 119 nêutrons; tem o padrão de lutécio 104 nêutrons.
Cada um desses isótopos foi visto em múltiplas execuções do acelerador. Isto significa, dizem os investigadores, que o FRIB pode ser usado para estudar a síntese de isótopos ricos em neutrões de elementos pesados em regimes que até agora foram bastante negligenciados – não por falta de interesse, mas pela capacidade de os criar e detectar.
Isto, por sua vez, poderia ajudar-nos a compreender como eventos cósmicos violentos forjam os elementos mais pesados do Universo. Qualquer coisa mais pesada que o ferro no Universo só pode ser criada em condições extremas, como as observadas em supernovas, por exemplo, e em colisões entre estrelas de nêutrons.
Um processo de nucleossíntese observado em colisões de estrelas de nêutrons é o processo rápido de captura de nêutrons, ou processo r. Isto ocorre quando os núcleos atômicos rapidamente aglomeram os nêutrons flutuantes que são liberados durante a explosão da quilonova, iniciando sua transformação em um elemento mais pesado. É assim que obtemos ouro, estrôncio, platina e outros metais pesados.
O experimento da equipe, dizem eles, está chegando muito perto de reproduzir o processo-r. Isto significa que poderemos muito em breve ter à nossa disposição uma ferramenta que poderá replicar uma das vias de nucleossíntese observadas em alguns dos eventos mais violentos que o Universo tem para oferecer.
“As capacidades únicas do FRIB, incluindo feixes primários muito intensos com energias superiores às disponíveis no Laboratório Nacional de Ciclotron Supercondutor, tornam-no uma instalação ideal para explorar a região em torno do número de nêutrons N = 126 e além”, os pesquisadores escrever.
“Os pesquisadores do FRIB podem utilizar essas reações para produzir, identificar e estudar as propriedades de novos isótopos, contribuindo para avanços na física nuclear, na astrofísica e na nossa compreensão das propriedades fundamentais da matéria.”
A pesquisa foi publicada em Cartas de revisão física.
