Núcleo atómico do isótopo 224 Ra
O mundo do dia-a-dia, diz-nos a Física das Partículas que constituem toda a energia em forma de matéria (por exemplo o computador que usam para ler este artigo) e em forma de radiação ( a electricidade que permite ao mesmo computador funcionar) é, ao contrário do que poderá sugerir a intuição, assimétrico.
De facto, a energia até é gerada por mecanismos a que chamamos de quebra de simetria, referindo-nos essencialmente à quebra espontânea de simetria. A quebra específica de simetria relata partículas específicas que não precisam de ser identificadas mas que determinam a assimetria dum sistema (um átomo aqui é um sistema) ao passo que a quebra espontânea já implica o campo e o mecanismo de Higgs, como iremos ver.
De forma muito simples, há 3 quebras de simetria, a saber:
1) quebra de carga .
2) quebra de paridade
3) quebra de tempo.
Em termos mais simplificados a matemática implica os 3 termos, pelo que podemos falar em quebra de simetria CPT e, sem a quebra espontânea de simetria o modelo padrão prediz a existência dum determinado número de partículas.
Entretanto, algumas destas partículas (a exemplo dos bosões W e Z) estão previstas não terem massa, quando na realidade elas a exibem. Esta era a maior falha do modelo até que Peter Higgs propôs o que ficou conhecido por mecanismo de Higgs, que faz uso da quebra espontânea de simetria para aportar massa a essas partículas.
Mas ficou, como se diz na brincadeira, um gato escondido com o rabo de fora que constituiu um dos maiores mistérios da Física.
É que o Universo, mesmo sem ser no estado de energia mais baixo como exige a quebra espontânea de simetria, denota, com completo descaramento, uma assimetria descomunal.
Existe, perante a quantidade de matéria normal observada, uma quantidade ínfima, irrisória até, de anti-matéria.
Sabe-se que uma partícula normal e o seu par, a sua paridade da anti-matéria, por exemplo um electrão e um positrão, quando se encontram, aniquilam-se mutuamente numa explosão de energia que emite fotões, e fotões de alta energia, na frequência muito curta dos raios gama.
Então temos, passe a expressão, uma bronca das antigas.
Porque existe matéria, porque existimos? De facto se existe tão pouca antimatéria então deveria existir também muito pouca matéria.
Mais, se esse mecanismo de aniquilação mútua fosse ele próprio simétrico, como parece ser (no sentido de ter 2 lados equilibrados em quantidade) então, e aqui o escândalo é total, nem deveríamos existir.
Bem, mas como de facto existimos a realidade nega que o Modelo Padrão a explique totalmente. A realidade parece brincar com os cientistas, é muito matreira, anti-intuitiva e subtil, revela-se cabalmente (digamos no electromagnetismo) numas facetas e esconde os seus mistérios noutras.
Mas eis que surge uma luz no fundo do túnel, um mecanismo observado na realidade (sob controlo laboratorial, em formas de elementos chamados isótopos) tem muitas condições para explicar a assimetria matéria / anti-matéria.
Esse mecanismo será uma interacção, uma interacção magnética conferida pela disposição geométrica em pêra dos protões nos núcleos dos átomos, e será uma nova interacção.
Vejamos o que nos dizem os cientistas da Experiência ISOLDE no CERN.
Experiência ISOLDE
Que publicaram o seu paper na Nature (tradução geral)
“Há fortes evidências circunstanciais de que certos núcleos atómicos pesados e instáveis são ‘deformados em expansão multipolar de octopolo’, isto é, são distorcidos em forma de pera.
Isto contrasta com a forma de bola de râguebi mais prevalecente nos núcleos de reflexão-simétricas, com deformações em quadrupolo. O ilusivos núcleos de deformação em octopolo deformados são de importância para a teoria da estrutura nuclear, e também nas pesquisas para a física para além do modelo padrão, já que qualquer momento eléctrico de dipolo mensurável (a assinatura deste último) deverá ser ampliado em tais núcleos.
Aqui vamos determinar os pontos fortes de transição octopolar eléctrica (uma medida directa de correlações em octopolo) pelos isótopos de vida curta do radão e do rádio. As Experiências de excitação Coulomb foram realizadas utilizando feixes acelerados de iões radioactivos pesados.
Os nossos dados do 220Rn e do 224Ra mostram clara evidência de deformação forte octopolar no último. Os resultados permitem a discriminação entre diferentes abordagens teóricas para correlações octopolares, e ajudam a restringir os candidatos adequados para estudos experimentais de momentos atómicos de dipolo elétrico que podem revelar extensões para o modelo padrão.
Prepara-se entretanto um Seminário no CERN para apresentação e debate destes resultados.
Seminário no CERN do Sr. Liam Gaffney (University of Liverpool (GB)
Thursday, 23 May 2013 from 14:30 to 15:30 (Europe/Zurich)
at CERN ( 26-1-022 )
Descrição
A deformação dos núcleos atómicos tornou-se num tema familiar na estrutura física nuclear e as formas em quadrupolo axial e de reflexão-simétricas são comuns em toda a Tabela dos Nuclídeos.
Existe uma forte evidência circunstancial, porém, que algumas combinações de protões e de neutrões darão origem a deformação octopola, ou uma forma de pêra de reflexão assimétrica.
Pode-se esperar que os actinídeos possuirão a mais extensa colectividade octopolar, gerando a maior série de evidências experimentais até ora obtidas. Mas há um problema … os núcleos na região do gráfico são instáveis. Isto significa que a informação directa sobre as transições eléctricas de conexão octopolares, nos estados excitados nesses núcleos, não estava acessível. Até agora, apenas o isótopo 226Ra com o seu relativamente longo tempo de vida de 1600 anos teve a sua colectividade octopolar quantificada.
Com o advento dos feixes de iões radioactivos (os RIB’s) e, em particular, com a capacidade inovadora para pós-acelerar os elementos pesados radão e rádio no REX-Isolda, superámos recentemente os desafios que limitam o nosso conhecimento nesta região. A excitação de Coulomb foi realizada com sucesso no 220Rn e no 224Ra e os elementos da matriz de E1, E2 e E3, que ligam os estados de energia mais baixos foram determinados.
Neste seminário vou rever a nossa compreensão actual da deformação octopola em núcleos e discutir os resultados dessas experiências pioneiras. Os resultados não são apenas significativos para a estrutura nuclear, mas também na busca dos momentos atómicos de dipolo eléctrico (EDM’s, ou Electric Dipole Momentum), que se prevê serem aumentados pela deformação octopola. A consequência dos resultados das nossas experiências em curso com os EDM’s para testar o Modelo-Padrão também serão debatidos.
Em 1988 SG Rohozinsk do IOP, o Instituto de Física do Reino Unido, lançou um primeiro trabalho seminal sobre as formas assimétricas dos núcleos, como uma pêra Neste caso, há mais massa numa das extremidades do núcleo do que na outra.
Até agora, tem sido difícil observar núcleos em forma de pêra experimentalmente. No entanto, uma técnica pioneira no ISOLDE tem sido usada com sucesso para o estudo da forma dos curtos isótopos 220 Radão e 224 Radio.
O físico Peter Butler, da Universidade de Liverpool, diz: “Nós fomos capazes de mostrar que enquanto o 224 Radio é em forma de pêra o 220 Radão não assume a forma fixa duma pêra mas vibra outrossim sob esta forma. Os detalhes destes resultados estão em contradição com algumas teorias nucleares e a ajudar outras a aperfeiçoarem-se”.
A observação experimental de formas de pêra nucleares é importante não só para a compreensão da teoria da estrutura nuclear, mas também porque pode ajudar nas pesquisas experimentais dos momentos de dipolo eléctrico (EDM) nos átomos.
O EDM refere-se à separação de cargas positivas e negativas no interior do átomo.
O modelo padrão prevê que o valor do EDM para o átomo é tão pequeno que se vai assentar bem abaixo do limite corrente da observação. No entanto, muitas teorias que tentam aperfeiçoar este modelo prevêem EDM’s que devem ser mensuráveis, o que poderia indicar uma nova física além do Modelo Padrão.
Para testar tais teorias, as experiências de procura do EDM terão de ser melhoradas, e uma das melhorias potenciais é a utilização de átomos exóticos cujo núcleo é em forma de pêra. Quantificar esta forma, portanto, levará a restrições sobre a viabilidade de programas experimentais em busca das EDMs atómicas.
“As nossas medições vão ajudar a direccionar as pesquisas para EDMs que estão a ser realizadas na América do Norte e na Europa, onde estão a ser desenvolvidas novas técnicas para explorar as propriedades especiais dos isótopos de radão e de rádio,” referiu Butler.
“A nossa expectativa é que os dados das nossas experiências de física nuclear possam ser combinados com os resultados das experiências com armadilhas atómicas de medição das EDM’s para podermos testar mais rigorosamente o Modelo Padrão”.
O Director de Pesquisa e Computação Científica do CERN, Sergio Bertolucci diz: “O facto de que os feixes de alta qualidade dos iões energéticos e radioactivos de radão e de rádio possam ser produzidos com intensidade suficiente para realizar essas experiências é a prova dos recursos exclusivos do CERN e, em particular, da especialização das equipas de desenvolvimento destes feixes na ISOLDE “.
Matéria nestas quantidades e quase ausência de Anti-matéria devido a uma forma de pêra?
1 comentário
Essa experiencia é muito legal e interessante. Pois A energia e a eletricidade esta em nosso dia a dia.