Um isótopo de oxigênio recentemente observado está desafiando todas as nossas expectativas sobre como ele deveria se comportar.
É o oxigênio-28, com o maior número de nêutrons já visto no núcleo de um átomo de oxigênio. No entanto, embora os cientistas acreditem que deveria ser estável, decai rapidamente – pondo em causa o que pensávamos saber sobre os números “mágicos” de partículas no núcleo de um átomo.
O núcleo de um átomo contém partículas subatômicas chamadas núcleons, consistindo de prótons e nêutrons.
O número atômico de um elemento é definido pelo número de prótons que ele possui, mas o número de nêutrons pode variar.
Elementos com diferentes números de nêutrons são conhecidos como isótopos; o oxigênio tem 8 prótons, mas pode ter números diferentes de nêutrons.
Anteriormente, o maior número de nêutrons observado era 18, no isótopo de oxigênio oxigênio-26 (8 prótons mais 18 nêutrons equivalem a 26 núcleons).
Agora, uma equipe liderada pelo físico nuclear Yosuke Kondo, do Instituto de Tecnologia de Tóquio, no Japão, encontrou dois isótopos de oxigênio que nunca vimos antes, o oxigênio-27 e o oxigênio-28, com 19 e 20 nêutrons, respectivamente.
O trabalho foi realizado na Fábrica de Feixes de Isótopos Radioativos RIKEN, uma instalação de acelerador de ciclotron projetada para produzir isótopos instáveis.
Primeiro, a equipe disparou um feixe de isótopos de cálcio-48 contra um alvo de berílio para produzir átomos mais leves, incluindo o flúor-29, um isótopo de flúor com 9 prótons e 20 nêutrons.
Este flúor-29 foi então separado e colidiu com um alvo de hidrogênio líquido para eliminar um próton na tentativa de criar o oxigênio-28.
A tentativa foi bem-sucedida, mas surpreendente. Tanto o oxigênio-27 quanto o oxigênio-28 são instáveis, durando apenas um momento antes de se decomporem em oxigênio-24 e 3 ou 4 nêutrons soltos, respectivamente, e é aqui que as coisas ficam interessantes para o oxigênio-28.
Tanto 8 quanto 20 são números “mágicos” para prótons e nêutrons, respectivamente, uma propriedade que sugere que o oxigênio-28 deve ser estável.
O número total de cada um depende de como cada núcleo adicionado afeta a estabilidade das cotas de prótons e nêutrons chamadas ‘conchas’.
Um número mágico na física nuclear é o número de núcleons que preencherão completamente uma camada, com cada nova camada distinguida da anterior por uma grande lacuna de energia.
Um núcleo atômico com conchas de prótons e nêutrons contendo números mágicos de cada um é conhecido como duplamente mágico e espera-se que seja especialmente estável.
A maior parte do oxigênio na Terra, incluindo o ar que respiramos, é uma forma duplamente mágica de oxigênio, o oxigênio-16.
Por muito tempo se esperou que o oxigênio-28 fosse o próximo isótopo de oxigênio duplamente mágico depois do oxigênio-16, mas tentativas anteriores de encontrá-lo foram insuficientes.
(Curiosamente, a evidência de que o oxigénio-24 pode ser duplamente mágico surgiu em 2009, sugerindo que 16 poderia ser um número mágico.)
O trabalho de Kondo e dos seus colegas poderia explicar porquê. Suas descobertas sugerem que a camada de nêutrons não foi preenchida. Isto põe em questão se 20 é ou não um número mágico para nêutrons.
Curiosamente, parece consistente com um fenómeno conhecido como ilha de inversão para isótopos de néon, sódio e magnésio, onde conchas de 20 neutrões não conseguem fechar. Isto também se estende ao flúor-29 e agora, aparentemente, ao oxigênio-28.
Uma maior compreensão da camada de neutrões estranhamente não fechada terá de esperar até que os investigadores possam sondar o núcleo num estado excitado e de maior energia. Outros métodos de formação do oxigênio-28 também podem ser reveladores, embora isso seja muito mais complicado de perceber.
Por enquanto, os resultados fascinantes e duramente obtidos pela equipe revelam que os núcleos duplamente mágicos podem ser muito mais complicados do que pensávamos.
Traduzido por Mateus Lynniker de ScienceAlert
