Físicos do MIT espiaram o interior do núcleo de um átomo sem um acelerador, potencialmente desvendando um dos maiores mistérios do universo.

Físicos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) desenvolveram um método intrigante baseado na física molecular que lhes permite observar o interior do núcleo atômico sem o uso de grandes aceleradores de partículas. A configuração experimental cabe em uma bancada de laboratório padrão, tornando o método amplamente acessível à comunidade científica. Esta é uma maneira promissora de descobrir as causas da assimetria matéria-antimatéria no Universo, que permanece um mistério para a ciência.

O núcleo de rádio está assimetricamente ligado a um núcleo de flúor. Um único elétron que pode ter estado dentro do núcleo é destacado na nuvem de elétrons amarela. Fonte da imagem: MIT

O estudo se concentrou em moléculas de monofluoreto de rádio (RaF), nas quais um elétron de um átomo de rádio entra naturalmente no núcleo, interage com prótons e nêutrons e, em seguida, retorna com informações sobre a estrutura interna do núcleo. Essa abordagem utiliza espectroscopia a laser de precisão para medir mudanças microscópicas na energia dos elétrons, possibilitando o estudo da distribuição de campos magnéticos dentro do núcleo de rádio-225 — informações que os elétrons que estiveram dentro do núcleo estão dispostos a compartilhar. Ao contrário dos métodos tradicionais, que exigem aceleradores com trilhas de dezenas de quilômetros de extensão, o método desenvolvido no MIT opera na bancada do laboratório, tornando a física fundamental mais acessível.

Os cientistas sintetizaram deliberadamente uma molécula de monofluoreto de rádio, resfriaram-na e a colocaram em uma câmara de vácuo. A molécula foi então iluminada com um laser, que excitou os elétrons. Devido à alta densidade do campo magnético dentro da molécula, os elétrons na nuvem eletrônica ao redor do núcleo de rádio têm maior probabilidade de penetrar no núcleo e retornar com informações. Ao medir a energia dos elétrons por espectroscopia, os cientistas conseguiram determinar a magnitude da mudança de energia após a entrada no núcleo, o que lhes permitiu reconstruir sua estrutura interna.

Os prótons e nêutrons no núcleo agem como pequenos ímãs com diferentes orientações, e a mudança de energia dos elétrons detectada revela sua distribuição. A magnitudeA mudança de energia é comparável a um milionésimo da energia de um pulso de laser, mas os cientistas conseguiram detectá-la claramente. O rádio é particularmente valioso para estudar os fundamentos do universo — seu núcleo apresenta assimetria em massa e carga. Ele se assemelha a uma pera em vez de uma maçã, o formato típico de núcleos em outras matérias.

Portanto, o formato irregular do núcleo do rádio pode auxiliar na busca por uma assimetria fundamental no universo. Se o universo fosse fundamentalmente simétrico, não teria surgido — quantidades iguais de antimatéria e matéria simplesmente o aniquilariam. Mas o universo existe, o que significa que a base para sua natureza assimétrica está oculta em algum lugar. Experimentos com mapeamento preciso dos campos magnéticos do núcleo do rádio nos permitirão criar um modelo preciso do arranjo de nêutrons e prótons em seu núcleo e podem ajudar ainda mais a descobrir a raiz da falta de simetria na física do nosso mundo.