Rotações quânticas inesperadas em isótopos de cádmio

Até agora, os isótopos estáveis de cádmio eram considerados o exemplo típico de núcleos atômicos que vibram em torno de uma forma esférica, mas pesquisadores da Universidade Autônoma de Madri e de outros centros internacionais mostraram que esses sistemas quânticos têm uma estrutura muito mais complexa, onde formas mais exóticas com a aparência de melão ou lentilha coexistem.

Exemplos de formas encontradas nos estados quânticos dos núcleos de cádmio 110 e 112 (¹¹⁰⁻¹¹²Cd). Crédito: Universidade Autônoma de Madri.

Publicado no Servicio de Información y Noticias Científicas

Os isótopos estáveis de cádmio 110 e 112 (¹¹⁰⁻¹¹²Cd, um sistema com 48 prótons e 62 ou 64 nêutrons) foram considerados até hoje como o paradigma de núcleos com vibrações esféricas, mas um estudo recente mostra que o padrão de vibração pode apresentar estados mais deformados.

Uma equipe internacional liderada pelo professor Paul Garrett, da Universidade de Guelph (Canadá), conduziu novos experimentos de espectroscopia gama de alta precisão, na instalação TRIUMF em Vancouver (Canadá), e alcançou a mais extensa e precisa medida já realizada até hoje dos espectros desses isótopos estáveis de cádmio.

Os resultados experimentais foram validados com cálculos teóricos pelo Dr. Tomás R. Rodríguez, pesquisador da Universidade Autônoma de Madri (UAM). Os cálculos, publicados na Physical Review Letters, foram executados em supercomputadores com técnicas avançadas de resolução de muitos corpos quânticos.

“A partir da combinação de estudos experimentais e teóricos, os cientistas inferiram que esses isótopos não são esféricos, mas que, na verdade, apresentam várias formas, mais ou menos distorcidas, que rotacionam, produzindo em seus espectros diferentes ramos característicos de desintegração, que chamamos de bandas rotacionais”, explica o professor da UAM.

Coexistência de forma

Esse tipo de fenômeno, em que o mesmo isótopo pode apresentar diferentes deformações, dependendo da energia na qual é encontrado, é chamado de ‘coexistência de forma’. Neste trabalho, os autores encontraram até quatro formas diferentes: “Três semelhantes a um melão mais ou menos deformado e o outro parecido com uma lentilha”.

Quatro formas diferentes foram encontradas em isótopos estáveis de cádmio (três com aparência de melão mais ou menos deformada e outra semelhante a uma lentilha). Créditos: APS / Alan Stonebraker.

“Este estudo pioneiro abre a possibilidade de buscar a coexistência de formas em outros núcleos, o que ajudará a entender melhor a dinâmica desses sistemas quânticos complexos e fascinantes”, apontam os autores.

Os núcleos atômicos são sistemas compostos por prótons e nêutrons pela forte interação nuclear. Seu tamanho é cerca de 10 mil vezes menor que um átomo (ou um bilhão de milhões menor que um metro). Apesar de seu tamanho minúsculo, esses sistemas quânticos podem assumir diferentes formas; semelhantes, por exemplo, a uma bola de bilhar, um melão ou uma tangerina.

Quando o núcleo está em um estado excitado. ele pode corresponder ao movimento coletivo de todo o sistema, como vibrações em torno de uma esfera (semelhante à batida de um coração) ou rotações de um sistema deformado em torno de um eixo perpendicular ao seu eixo de simetria (como se estivéssemos girando um melão em uma mesa sem rolar).

Quando esses estados excitados se desintegram em outros mais estáveis, os raios gama são emitidos em um processo equivalente ao da emissão de luz visível, que ocorre em um anúncio de neon, mas com energias muito maiores.

As características desses espectros de emissão são diferentes se vierem de vibrações de núcleos esféricos ou de rotações de núcleos deformados; portanto, esses espectros são como fotografias quânticas do núcleo que está se desintegrando. Foi assim que os pesquisadores descobriram as inesperadas rotações quânticas dos isótopos de cádmio.

CONTINUAR LENDO