Pesquisadores explicam força dos números mágicos na física nuclear

Londres — InkDesign News — Um estudo recente liderado por pesquisadores do Reino Unido elucidou o mistério por trás da estabilidade de certos núcleos atômicos, destacando a relevância dos chamados “números mágicos” na física nuclear. A pesquisa, realizada na Universidade de York e publicada em 2024, explora como estas configurações específicas de prótons e nêutrons tornam determinados isótopos quase imunes à decadência radioativa, apresentando novas questões e horizontes para o entendimento da estrutura nuclear.

O Contexto da Pesquisa

A estabilidade dos núcleos atômicos desafia cientistas há décadas. Elementos como o chumbo-208 demonstram uma longevidade quase infinita, enquanto isótopos sintéticos, como o tecnécio-99, sobrevivem por apenas algumas horas. Desde meados do século XX, observou-se que alguns núcleos, apesar de sua massa, eram especialmente estáveis. Tal fenômeno intrigou físicos, como David Jenkins, da Universidade de York, que ressaltou a ocorrência dos números mágicos — 2, 8, 20, 28, 50, 82 e 126 — para prótons e nêutrons, fundamentais para a existência de núcleos estáveis.

“Os números mágicos são 2, 8, 20, 28, 50, 82 e 126. Se você pegar o menor deles — dois prótons e dois nêutrons — esse é o núcleo do átomo de hélio, e sabemos que é uma combinação muito estável de prótons e nêutrons.”
(“The magic numbers are 2, 8, 20, 28, 50, 82 and 126. If you take the lightest one — two protons and two neutrons — that’s the nucleus of the helium atom, and we know that’s a very stable combination of protons and neutrons.”)

— David Jenkins, físico nuclear, Universidade de York

Resultados e Metodologia

O trabalho explica que os números mágicos emergem do modelo de camadas nucleares, inspirado nas camadas eletrônicas presentes nos átomos. Cada camada, tanto para prótons quanto para nêutrons, possui níveis energéticos quantizados, e a maior estabilidade é atingida quando a camada está completamente preenchida. O mecanismo por trás desse fenômeno está relacionado à força nuclear forte, que mantém prótons e nêutrons unidos dentro do núcleo. A pesquisa detalha casos, como o oxigênio-16 (com oito prótons e oito nêutrons) e o chumbo-208 (82 prótons e 126 nêutrons), que exemplificam esses padrões.

“Os sistemas duplamente mágicos possuem uma distribuição esférica de matéria e carga” — um núcleo completamente redondo, explicou Jenkins. “A maioria dos núcleos é deformada e gira. Eles têm uma estrutura muito diferente.”
(“The doubly magic systems have a spherical distribution of matter and charge” — a completely round nucleus, he said. “Most nuclei are deformed and rotate. They have a very different structure.”)

— David Jenkins, físico nuclear, Universidade de York

Implicações e Próximos Passos

Os achados atualizam a compreensão sobre a organização e a estabilidade nuclear, reforçando o modelo de camadas como pilar explicativo. A identificação de núcleos “duplamente mágicos” sugere potenciais aplicações em física de partículas e tecnologia nuclear, embora haja limitações observadas: o estanho-100, núcleo mágico mais pesado conhecido, tem meia-vida de apenas 1,2 segundos, e o elemento que corresponderia ao próximo “número mágico” ainda não foi sintetizado. Tais desafios abrem campos para novas tentativas experimentais e avanços teóricos na física nuclear.

A continuidade da pesquisa sobre números mágicos pode não apenas ampliar o entendimento fundamental das forças nucleares, mas também apoiar o desenvolvimento de novos materiais e tecnologias baseados em estabilidade isotópica, fomentando previsões sobre a estrutura da matéria e o futuro da Tabela Periódica.

Fonte: (Live Science – Ciência)