Descoberta surpreendente: O isótopo de oxigênio que desafia as leis da estabilidade
Um recém-identificado tipo de isótopo de oxigênio está desafiando as expectativas convencionais em relação ao seu comportamento.
Este isótopo específico, denominado oxigênio-28, possui a maior contagem de nêutrons já observada no núcleo de um átomo de oxigênio. No entanto, apesar da expectativa de que fosse estável, ele de fato passa por uma rápida degradação. Isso desafia as compreensões existentes relacionadas ao conceito de números “mágicos” de partículas subatômicas no núcleo de um átomo.
O núcleo de um átomo contém componentes subatômicos conhecidos como nucleons, abrangendo prótons e nêutrons.
Enquanto o número atômico de um elemento é definido pelo seu número de prótons, a quantidade de nêutrons pode variar.
Isótopos são denotados por diferentes quantidades de nêutrons; o oxigênio possui 8 prótons e pode apresentar diferentes números de nêutrons.
Anteriormente, a contagem máxima de nêutrons observada foi 18, vista no isótopo de oxigênio oxigênio-26 (o que equivale a 8 prótons mais 18 nêutrons, totalizando 26 nucleons).
Recentemente, um grupo liderado pelo físico nuclear Yosuke Kondo no Instituto de Tecnologia de Tóquio, no Japão, descobriu dois isótopos de oxigênio, oxigênio-27 e oxigênio-28, ambos dos quais são achados novos, cada um possuindo 19 e 20 nêutrons, respectivamente.
Esta pesquisa foi conduzida no RIKEN Radioactive Isotope Beam Factory, uma instalação que abriga um acelerador de ciclotron projetado para produzir isótopos instáveis.
Neste estudo, a equipe inicialmente direcionou um fluxo de isótopos de cálcio-48 para um alvo de berílio, gerando átomos mais leves que incluíam o flúor-29 – um isótopo de flúor com 9 prótons e 20 nêutrons.
Posteriormente, o flúor-29 isolado colidiu com um alvo de hidrogênio líquido para remover um próton, com a intenção de produzir oxigênio-28.
Este esforço resultou em resultados bem-sucedidos, embora com implicações surpreendentes. Tanto o oxigênio-27 quanto o oxigênio-28 foram considerados instáveis, existindo apenas por um breve período antes de decaírem em oxigênio-24 e liberarem 3 ou 4 nêutrons livres, respectivamente. O comportamento do oxigênio-28 aqui é especialmente intrigante.
Os números 8 e 20 representam valores “mágicos” para prótons e nêutrons, respectivamente, indicando uma possível propriedade de estabilidade para o oxigênio-28.
As quantidades totais de prótons e nêutrons influenciam a estabilidade das estruturas de prótons e nêutrons chamadas ‘casca’.
Um número “mágico” na física nuclear significa a quantidade de nucleons necessária para preencher completamente uma casca, sendo que cada nova casca é distinta da anterior por um intervalo de energia substancial.
Um núcleo contendo números mágicos tanto de prótons quanto de nêutrons é chamado de “duplamente mágico” e presume-se ser excepcionalmente estável.
O oxigênio predominante na Terra, incluindo o ar que respiramos, corresponde ao isótopo duplamente mágico de oxigênio-16.
Por um tempo considerável, esperava-se que o oxigênio-28 fosse o próximo isótopo de oxigênio duplamente mágico após o oxigênio-16. No entanto, tentativas anteriores de identificá-lo não tiveram sucesso.
Curiosamente, indícios surgiram em 2009 de que o oxigênio-24 poderia ser duplamente mágico, lançando dúvidas sobre a ideia de que apenas 16 detém o status mágico.
A pesquisa de Kondo e seus colegas pode oferecer uma explicação para essa discrepância. Suas descobertas sugerem que a casca de nêutrons não havia atingido sua capacidade máxima, levantando questionamentos sobre se 20 constitui um número mágico para nêutrons.
Curiosamente, isso se alinha com o fenômeno conhecido como “ilha de inversão” observado em isótopos de néon, sódio e magnésio, onde cascas de 20 nêutrons não se fecham. Esse fenômeno também se estende ao flúor-29 e agora, aparentemente, ao oxigênio-28.
Um entendimento mais profundo sobre a casca de nêutrons incompletamente fechada terá que esperar até que os pesquisadores possam explorar o núcleo em um estado excitado e de maior energia. Métodos alternativos para a geração de oxigênio-28 também podem oferecer insights, embora isso seja consideravelmente mais complexo de realizar.
Por enquanto, os resultados intrigantes e conquistados com esforço da equipe indicam que a natureza dos núcleos duplamente mágicos pode ser significativamente mais complexa do que se presumia anteriormente. [Science Alert]
