Um feixe de íons de tântalo ricos em nêutrons foi criado pela primeira vez por uma equipe internacional de físicos que trabalham na KEK Isotope Separation Facility (KISS) da RIKEN no Japão. O feito foi alcançado por Philip Walker, da Universidade de Surrey, e colegas, que usaram técnicas de separação de isótopos de última geração para isolar e estudar os íons. Sua pesquisa poderá em breve lançar uma nova luz sobre como os processos nucleares em estrelas moribundas criam os elementos pesados que observamos no universo hoje.
A captura rápida de nêutrons, também conhecida como “processo-r”, é uma série de reações nucleares que os astrofísicos acreditam ser responsável por cerca de metade dos elementos mais pesados do que o ferro no universo. Acredita-se que o processo ocorra em supernovas de colapso do núcleo e fusões de estrelas de nêutrons. Envolve a captura sucessiva de nêutrons pelos núcleos para criar isótopos ricos em nêutrons que eventualmente se tornam núcleos pesados estáveis.
Para obter uma melhor compreensão do processo-r, os físicos estudam núcleos ricos em nêutrons de vida curta que são feitos em aceleradores. Os núcleos de tântalo ricos em nêutrons são de particular interesse porque podem oferecer uma maneira de estudar o que acontece quando um núcleo adquire 126 nêutrons, onde uma camada de nêutrons deveria se fechar e o processo r parar temporariamente.
Matriz de detectores
Neste último estudo, os pesquisadores conseguiram isolar e estudar núcleos de tântalo-187, que têm 114 nêutrons e 73 prótons. O isótopo foi criado disparando íons de xenônio em um alvo de tungstênio. Os produtos da colisão são então interrompidos em gás argônio de alta pressão e um laser ajustável é usado para ionizar o tântalo. Os íons de tântalo são então extraídos e isolados em um feixe que os transporta para uma série de detectores para estudar a radiação emitida quando os núcleos sofrem decaimento radioativo.
O processo de colisão pode criar núcleos de tântalo em estados de alto momento angular (chamados de isômeros) e Walker e colegas focaram em um desses isômeros. Observando a radiação emitida quando o isômero decaiu ao estado fundamental de tântalo-187, eles descobriram que o núcleo em rápida rotação adotou estruturas em forma de bola de futebol americano e oblato (uma esfera achatada).
A equipe afirma que seus resultados mostram claramente que o instrumento KISS pode medir as propriedades de núcleos ricos em nêutrons. Em estudos futuros, eles terão como objetivo investigar como a adição de mais nêutrons pode transformar as formas dos núcleos de tântalo em um oblato completo.
Eles também esperam estudar o tântalo-199, que deve ter uma camada de nêutrons fechada que interromperia temporariamente o processo-r. Se isso pudesse ser alcançado, a recompensa seriam novos insights sobre como os elementos pesados são forjados em supernovas e outros eventos astrofísicos violentos. “Agora parece ser uma possibilidade real de ir mais longe e chegar ao tântalo-199 não mapeado, com 126 nêutrons, para testar o mecanismo da estrela explodindo”, diz Walker.
Publicado em 01/12/2020 09h51
Artigo original:
Estudo original: