
Ilustração: Caio Vinícius Bonifácio
No interior de núcleos exóticos, dança das partículas ajuda na compreensão do Universo
Nos
núcleos atômicos gerados em laboratório do Instituto de Física,
nêutrons “dançantes” podem ajudar cientistas a entender o início do
Universo
Por - Editorias: Ciências Exatas e da Terra - URL Curta: jornal.usp.br/?p=221219
Reportagem recente do Jornal da USP falou de uma molécula batizada de “Samba”,
que poderá ajudar a manter o coração batendo compassado. Mas a analogia
com o famoso ritmo brasileiro não se resume à saúde. No interior dos
átomos, as menores frações da matéria que formam elementos químicos
distintos, também se dança.
Quem
conta é o astrofísico Mahir Saleh Hussein, coordenador do grupo de
pesquisa em Astrofísica Nuclear Não Convencional do Instituto de Estudos
Avançados (IEA) da USP. “Todo átomo possui um núcleo composto por
prótons e nêutrons. Quando esse núcleo é muito rico em prótons e
nêutrons, se diz que é um núcleo exótico”. “Um exemplo na natureza é o
átomo de oxigênio que tem oito prótons e oito nêutrons. Outros átomos
com núcleos exóticos são produzidos em laboratório, como os de boro e
hélio”, explica.
De
acordo com Hussein, normalmente, os prótons e nêutrons do núcleo dos
átomos ficam agregados numa espécie de caroço. “No entanto, há um tipo
de núcleo exótico em que alguns nêutrons ficam afastados desse caroço e
têm pouca interação com ele”, conta. “Esses nêutrons ficam rodando ao
redor do caroço, como se estivessem dançando. Por isso, essa
configuração de núcleo recebeu o nome de samba”, explica Hussein, que
também é professor aposentado do IF.
Um
outro exemplo de núcleo exótico é o hélio 6, isótopo do hélio 4 com
dois nêutrons a mais. Desligados do caroço, os nêutrons extras formam um
halo. Essa imagem de uma dança de roda, mais solta, só poderia ser
associada ao ritmo brasileiro. Um pouco mais passionais, porém, nossos
‘hermanos’ não ficaram de fora das homenagens dos cientistas. Em outro
tipo de núcleo exótico, prótons e nêutrons têm uma interação muito
forte, o que fez a configuração ser chamada de “tango”, dança de grande
contato corporal.
O
nome samba foi dado pelo físico Tobias Frederico, professor do
Instituto Tecnológico da Aeronáutica (ITA), que também pesquisa núcleos
exóticos. A configuração tango recebeu a denominação de cientistas
franceses. A parte experimental das pesquisas que
envolve a produção de núcleos exóticos é feita pelo Grupo de Reações
Diretas e Núcleos Exóticos do IF. É possível estudar sua estrutura
provocando a colisão com diversos alvos.
Gerando núcleos exóticos

No
mesmo laboratório do acelerador de partículas Pelletron, no Instituto
de Física, fica o equipamento capaz de produzir núcleos exóticos, o
Ribras (do inglês Radiaoctive Ion Beams in Brasil).
No
Pelletron, dentro de um tubo com vácuo, é gerado um feixe com átomos
acelerados à grande velocidade, até um décimo da velocidade da luz. Os
átomos usados são isótopos do lítio (lítio 6 ou lítio 7), isto é, átomos
do mesmo elemento, mas com números diferentes de nêutrons. Ao ser
lançado, esse feixe colide com uma folha do material que se deseja
estudar, por exemplo, o berílio.
O
Ribras fica acoplado ao acelerador, dispondo de duas bobinas
magnéticas. Essas bobinas funcionam como filtros para selecionar as
partículas de interesse que são geradas. “Na colisão do feixe com o
alvo, há uma série de reações, como fusões e transferência de
partículas, e é produzida uma grande variedade de núcleos, inclusive
esses que chamamos de exóticos”, explica o professor Rubens
Lichtenthäler Filho, um dos coordenadores do Ribras, juntamente com a
professora Alinka Lépine Szily.
Os
núcleos exóticos têm propriedades bem diferentes dos núcleos que estão
na chamada linha de estabilidade – aqueles que conhecemos da tabela
periódica mais seus isótopos estáveis, quer dizer, que não decaem (não
são radioativos). Além das configurações que receberam os apelidos de
samba e tango, eles têm dimensões bem maiores do que as dos núcleos
originais, por exemplo.
E para que servem?

Primeiro,
para estudar o universo. A física nuclear, englobando tanto núcleos
instáveis quanto estáveis, é essencial na compreensão de vários
processos astrofísicos, incluindo a história do universo desde o
big-bang. “Podemos estudar reações nucleares que ocorreram alguns
minutos após o big-bang”, exemplifica Mahir Hussein.
Além
disso, para entender a formação dos elementos que compõem toda a
matéria que conhecemos. “Os núcleos exóticos são muito instáveis, por
isso seu estudo é relevante para entender a nucleossíntese, que é a
formação de elementos químicos no interior das estrelas”, aponta
Hussein.
Elementos
mais leves, como hidrogênio, hélio e lítio foram criados no big-bang,
há bilhões de anos atrás, e os mais pesados surgiram no nascimento, vida
e morte das estrelas. Sabe-se que o ferro e todos os elementos com
núcleos mais pesados que o ferro foram formados em explosões de
supernovas, estrelas com massas pelo menos quatro vezes a massa do nosso
Sol.
E
se tudo isso pode ainda não ter sido suficiente para convencer alguém
da importância de pesquisar o assunto, o professor Rubens Filho lembra
que o conhecimento sobre núcleos exóticos já é aplicado inclusive na
medicina. A tomografia conhecida como PET-SCAN é um exame de imagem que
utiliza um elemento com núcleo exótico, o flúor 18, para rastrear
células de câncer no organismo.
Produção científica
Apresentadas
em artigos em revistas científicas internacionais, as produções mais
recentes de Rubens Filho, Alinka Szily e seus colaboradores incluem o desenvolvimento de um modelo para medir o raio dos núcleos exóticos; medidas do núcleo de lítio-8 realizadas no Ribras; e medidas com o hélio-6, núcleo exótico que tem um halo de nêutrons.
Tanto
o grupo de estudos do IEA quanto o Ribras contam com apoio da Fundação
de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).
Júlio Bernardes e Luiza Caires
Fonte:
https://jornal.usp.br/ciencias/ciencias-exatas-e-da-terra/no-interior-de-nucleos-exoticos-danca-das-particulas-pode-ajudar-na-compreensao-do-universo/
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