Teoria cósmica de 40 anos é confirmada

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Imagem: ARL's James J. Carroll, William Parks e Eric Proctor.

Por Andrew Masterson
Publicado na Cosmos Magazine

Uma reação estelar há muito tempo prevista, mas nunca observada, foi demonstrada em laboratório.

Um novo e abundante fornecimento de energia poderia ser derivado do controle de uma reação quântica que ocorre nas estrelas, de acordo com pesquisas da Universidade Nacional Australiana (ANU).

A possibilidade surgiu depois que os cientistas da ANU mais outras instituições, incluindo o Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA e o Centro Nacional de Pesquisa Nuclear da Polônia, conseguiram confirmar a existência de uma reação primeiramente prevista há quatro décadas, mas que não havia sido definido até agora.

Em um artigo publicado na revista Nature, o físico da ANU, Greg Lane e colegas, relataram a confirmação de um fenômeno conhecido como Nuclear Excitation by Electron Capture (NEEC). Ao confirmar que a NEEC realmente acontece isso nos forneceu um mecanismo chave para entender como as estrelas evoluem para produzem elementos pesados como ouro e platina.

O NEEC pode ocorrer quando um átomo captura um elétron. Se a energia cinética do elétron e a energia necessária para capturá-lo somarem a quantidade certa, o núcleo do átomo é impulsionado para um estado de excitação mais elevado.

O aumento de energia, no entanto, vem ao custo de uma vida mais curta. O que era um núcleo estável de longa duração agora em algum momento irá decair, através de um processo eletromagnético conhecido como conversão interna, esse é um processo de decaimento radioativo em que um núcleo excitado interage eletromagneticamente com um dos elétrons orbitais do átomo. Isso faz com que o elétron seja ejetado do átomo.

Embora isso seja discutido desde a década de 1970, a prova experimental para a NEEC permaneceu ilusória.

O novo trabalho, no entanto, forneceu a evidência necessária.

Os pesquisadores fizeram isso criando um isótopo exótico – molibdênio-93 – disparando um feixe de átomos de zircônio em alvos de lítio, utilizando o ANU’s Heavy Ion Accelerator da ANU e o acelerador ATLAS do laboratório nacional Argonne nos Estados Unidos.

Os átomos de molibdênio resultantes foram compactados em torno de 10% da velocidade da luz, esmagando o restante do lítio, eliminando os elétrons e íons altamente carregados.

À medida que as interações continuaram, os íons de molibdênio perderam energia cinética até chegarem a um estado onde poderiam capturar um elétron com a energia certa para empurrar os núcleos de molibdênio dos estados de “isômeros” de longa duração para níveis intermediários de nível mais alto, só que de curta duração.

Esses estados intermediários deterioraram-se, distribuindo uma única assinatura de raio-gama que comprova que o NEEC realmente ocorreu. Essa pesquisa agora nos fornece um modelo contra o qual outros cálculos teóricos para o efeito NEEC em diferentes elementos podem ser testados, esclarecendo ainda mais o processo pelo qual as interações nucleares nas estrelas produzem certos tipos de metais.

“A abundância dos diferentes elementos em uma estrela depende principalmente da estrutura e comportamento dos núcleos atômicos”, diz Lane.

“O fenômeno NEEC modifica a vida do núcleo para que ele sobreviva por um curto período de tempo em uma estrela”.

Além disso, implicações cosmológicas, a confirmação do efeito NEEC abre as portas para potencialmente acessarmos a energia armazenada em núcleos de isómeros de vida mais longa. Lane sugere que a técnica poderia criar fontes de energia 100 mil vezes mais poderosas que as baterias químicas.

Esse é um possível resultado que não passou despercebido por pelo menos um dos parceiros de pesquisa da ANU.

“Nosso estudo demonstrou uma nova maneira de liberar a energia armazenada em um estado nuclear de longa vida, e que o Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA está interessado em explorar mais”, diz Lane.

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