A natureza enganou a magia da física: o isótopo de oxigênio duplamente mágico e mais pesado revelou-se instável

Cientistas japoneses foram os primeiros no mundo a sintetizar o isótopo mais pesado do oxigênio-28 (28O). Para surpresa dos pesquisadores, o isótopo 28O decaiu imediatamente, o que contraria as teorias do Modelo Padrão. Isto mina os fundamentos do nosso conhecimento sobre o universo – sobre a forte interação nuclear das partículas elementares, que agora precisa ser explicada.

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A forma mais comum do isótopo de oxigênio na Terra é o oxigênio-16. O oxigênio-28 deveria ter mais 12 nêutrons, mas até agora ninguém conseguiu sintetizá-lo. Isso foi feito por cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio. Após uma série de transformações nucleares nas instalações de Riken RI em Wako (Japão), o isótopo flúor-29 com nove prótons filtrados por um espectrômetro foi direcionado para um alvo de hidrogênio líquido. Após a colisão, o hidrogênio e o 29F perderam um próton cada um e formaram uma molécula do isótopo oxigênio-28.

No entanto, os cientistas foram capazes de avaliar a aparência do 28O apenas indiretamente, pelos vestígios de sua decadência. Ao contrário das previsões da teoria, ele entrou em colapso extremamente rápido – em zeptossegundos (10-21 s). O Modelo Padrão imaginava que o isótopo do oxigênio-28 poderia existir quase para sempre, já que deveria ter sido muito estável.

«Isto abre uma questão fundamental muito, muito grande sobre a força mais forte da natureza, a força nuclear, disse Rituparna Kanungo, física da Universidade de St. Mary, no Canadá, que não participou na experiência, ao New Scientist.

O Modelo Padrão afirma que as partículas serão estáveis ​​​​se as camadas do núcleo de um átomo forem preenchidas com um certo número de prótons e nêutrons, que é chamado de número “mágico”. O oxigénio-28 contém 20 neutrões e 8 protões – ambos números mágicos, sugerindo que esta molécula deve ter sido extremamente estável, ou “duplamente mágica”. Entretanto, isso não aconteceu.

Esquema do experimento sobre a síntese de isótopos pesados ​​de oxigênio. Fonte da imagem: R. Kanungo/Natureza 2023

Os cientistas aprenderam sobre a síntese do 28O pelos produtos de seu decaimento, que aparentemente ocorreu em duas etapas. No final, restaram o isótopo do oxigênio-24 e quatro nêutrons.

«Fiquei surpreso, disse Takashi Nakamura, físico do Instituto de Tecnologia de Tóquio e coautor do estudo, em entrevista à Nature. “Pessoalmente, pensei que fosse magia dupla. Mas a natureza falou.

Embora a experiência ainda não tenha sido replicada noutros laboratórios, os resultados do estudo sugerem que a lista existente de números mágicos pode não dar uma imagem completa de quão estáveis ​​são as moléculas. Em particular, em 2009, os cientistas mostraram que o isótopo do oxigênio-24 se comporta como se fosse duplamente mágico, embora não tenha um número mágico de prótons e nêutrons na casca. Esses enigmas são de particular valor para a ciência. Eles indicam a meta para a qual você precisa seguir em frente.