Físicos nucleares da University of Tennessee realizaram três descobertas principais sobre o processo de captura rápida de nêutrons que forma elementos pesados como ouro em eventos estelares. Sua pesquisa, conduzida na instalação ISOLDE do CERN, esclarece como núcleos atômicos instáveis decaem. Os resultados, publicados em Physical Review Letters, podem refinar modelos de formação de elementos no universo.
Elementos pesados como ouro e platina têm origem em eventos cósmicos extremos, como colisões de estrelas, por meio do processo de captura rápida de nêutrons, conhecido como r-process. Nesta reação em cadeia, núcleos atômicos absorvem nêutrons rapidamente, tornando-se instáveis e decaindo para formas estáveis. Cientistas há muito lutam para detalhar essas transformações nucleares, particularmente para isótopos raros e de curta duração. Uma equipe da University of Tennessee, incluindo os estudantes de pós-graduação Peter Dyszel e Jacob Gouge, o professor Robert Grzywacz, o professor associado Miguel Madurga e a pesquisadora associada Monika Piersa-Silkowska, abordou essa lacuna. Eles se basearam na análise de dados pelo professor assistente de pesquisa Zhengyu Xu. Os experimentos usaram grandes quantidades do isótopo raro índio-134, produzido e purificado na Decay Station do ISOLDE do CERN. “Esses núcleos são difíceis de produzir e requerem muita nova tecnologia para sintetizá-los em quantidades suficientes”, explicou Grzywacz. O índio-134 decai para estados excitados de estanho-134, estanho-133 e estanho-132. Usando um detector de nêutrons especializado construído na UT e financiado pela National Science Foundation, os pesquisadores alcançaram três avanços. Primeiro, eles mediram energias de nêutrons na emissão de dois nêutrons retardada por beta pela primeira vez em um núcleo do r-process. “A emissão de dois nêutrons é o maior destaque”, disse Grzywacz, notando o desafio de distinguir um ou dois nêutrons devido ao seu comportamento. Isso abre novas avenidas para estudar núcleos exóticos. Segundo, eles observaram um estado de nêutron de partícula única previsto em estanho-133, procurado há 20 anos. “As pessoas estavam procurando por ele há 20 anos e nós o encontramos”, afirmou Grzywacz. Esse estado atua como um intermediário na emissão de dois nêutrons, mostrando que o núcleo retém uma 'memória' de sua formação, desafiando a ideia de um 'núcleo amnésico'. Terceiro, a equipe encontrou uma população não estatística desse estado, desviando-se dos padrões esperados em ambientes de decaimento mais limpos. Grzywacz comparou decaimentos típicos a 'sopa de ervilha partida', mas observou que este caso não seguiu o padrão. Dyszel, o principal autor do estudo de Jacksonville, Flórida, cuidou de grande parte da configuração experimental e análise de dados. Seu trabalho destaca oportunidades para cientistas em início de carreira em física nuclear. As descobertas sugerem que modelos atuais podem precisar de atualizações para núcleos exóticos, melhorando previsões de criação de elementos pesados.
