O núcleo mais raro reluta em decair

A meia-vida do tântalo-180m é mais de um milhão de vezes de idade do universo.

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LONGA ESPERA. Os cientistas pesquisaram o decaimento do núcleo atômico mais raro da natureza, o tântalo-180m, no laboratório High Activity Disposal Experimental Site, ou HADES, (mostrado acima) localizado a 225 metros no subterrâneo em Mol, na Bélgica. Crédito: Guillaume Lutter.

Artigo traduzido de Science News. Autor: Emily Conover.

O tipo mais raro de núcleo atômico da natureza não está desistindo de seus segredos facilmente.

Os cientistas que pesquisaram o decaimento de uma forma incomum do elemento tântalo, conhecido como tântalo-180m, voltaram com as mãos vazias. A hesitação do decaimento do tântalo-180m indica que ele tem uma meia-vida de pelo menos 45 quatrilhões de anos, Bjoern Lehnert e colegas relatam em 13 de setembro no arXiv.org. “A meia-vida é mais do que um milhão de vezes maior que a idade do universo”, diz Lehnert, físico nuclear da Universidade Carleton em Ottawa. Os cientistas estimam a idade do universo em 13,8 bilhões de anos.

Constituindo menos de dois décimos de milésimos por cento da massa da crosta terrestre, o metal tântalo é incomum. E o tântalo-180m é ainda mais difícil de encontrar. Apenas 0,01 por cento de tântalo é encontrado neste estado, tornando-se o nuclídeo de vida longa conhecido mais raro, ou variedade de átomos.

O tântalo-180m é um pouco estranho. Ele é o que conhecemos como isômero – seu núcleo existe em uma configuração “excitada” ou de alta energia. Normalmente, um núcleo excitado passaria rapidamente para um estado de energia mais baixo, emitindo um fóton – uma partícula de luz – no processo. Mas o tântalo-180m é “metaestável” (daí o “m” em seu nome), o que significa que fica preso em seu estado de alta energia.

ROCHA RARA. O tântalo, mostrado acima, é um metal incomum encontrado na crosta terrestre. Possui 73 prótons em seu núcleo. A maioria do tântalo está na forma de tântalo-181, mas 0,01 por cento está na forma incomum de tântalo-180m, que tem um núcleo que é excitado para um estado de alta energia. Crédito: images-of-elements.com (CC BY 3.0).

Pensa-se que o tântalo-180m decaia, emitindo ou capturando um elétron, transformando-se em outro elemento – tungstênio ou hafnio – no processo. Mas esse decaimento nunca foi observado. Outros nuclídeos incomuns, como aqueles que se deterioram ao emitir dois elétrons ao mesmo tempo, podem ter meias-vidas ainda mais longas do que o tântalo – 180m. Mas o tântalo-180m é único – é o isômero mais antigo encontrado na natureza.

“É um núcleo muito interessante”, diz o físico nuclear Eric Norman, da Universidade da Califórnia, Berkeley, que não estava envolvido com o estudo. Os cientistas não têm uma boa compreensão de tais carências incomuns, e uma medida da meia-vida ajudaria os cientistas a definir os detalhes do processo e a estrutura do núcleo.

Lehnert e colegas observaram uma amostra de tântalo com um detector projetado para capturar fótons emitidos no processo de decaimento. Depois de executar o experimento por 176 dias, e adicionando dados de versões anteriores da experiência, a equipe não viu nenhuma evidência de decaimento. A meia-vida não poderia ser inferior a 45 quatrilhões de anos, os cientistas determinaram, ou teriam visto alguma pista do processo. “Eles fizeram uma medida primorosa”, diz Norman. “É uma coisa muito difícil de ver”.

A presença do tântalo-180m na ​​natureza também é misteriosa. Os processos de forjamento de elementos que ocorrem em estrelas e supernovas parecem ignorar o nuclídeo. “As pessoas realmente não entendem como ele é criado”, diz Lehnert.

O tântalo-180m é interessante como uma fonte de energia potencial, diz Norman, embora “seja um tipo de ideia louca”. Se os cientistas pudessem encontrar uma maneira de aproveitar a energia armazenada no núcleo excitado, fazendo com que ele se desintegre, pode ser útil para aplicações como lasers nucleares, diz ele.

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