O núcleo atômico pode parecer algo bem explorado numa época em que cientistas estão concentrando seus esforços em entender melhor a mecânica quântica e as interações entre as partículas subatômicas protagonistas dessa ciência, como quarks ou glúons. No entanto, ainda temos muito a aprender sobre como os prótons e nêutrons que o estruturam neste núcleo.
Novas pistas
Um novo estudo, liderado por pesquisadores do PTB alemão (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) e do Instituto Max Planck de Física Nuclear (MPIK), revelou a existência de pequenas "deformações" nos núcleos dos átomos. Essa descoberta indica a possível existência de uma "força atômica escura" que governa as interações entre nêutrons e elétrons dentro do átomo.
Da matéria escura à "força escura"
Em 2020, uma equipe do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts) observou algo estranho ao comparar diferentes isótopos de itérbio, elemento número 70. A equipe estava examinando mudanças na ressonância eletrônica entre isótopos do elemento (versões diferentes de um elemento que diferem entre si no número de nêutrons) e encontrou resultados que não eram os esperados.
Esse experimento pode ter sido a primeira vez que alguém se deparou com um fenômeno ainda inexplicável que alguns chamam de "força atômica escura". Isso basicamente significa que estamos diante de uma interação entre partículas (nesse caso nêutrons e elétrons) ainda inexplorada.
Uma força nesse sentido análoga à mais estudada "matéria escura", que só interage com a matéria convencional por meio da gravidade. Segundo a equipe responsável pelo novo estudo, há a possibilidade de que também existam "forças escuras" que governam as interações entre a matéria escura e a matéria convencional. Da mesma forma, há a possibilidade de que essas forças também afetem a matéria dentro dos mesmos átomos.
Medindo as deformações
Encontrar essas interações hipotéticas não é fácil. Para identificar seus rastros, a equipe por trás do novo estudo mediu as frequências na transição atômica e as razões de massa isotópica entre os diferentes isótopos de itérbio.
Cada um dos dois laboratórios que lideraram essa pesquisa analisou essas mudanças usando uma metodologia diferente, mas em ambos os casos essas medições foram muito mais precisas do que aquelas feitas em experimentos anteriores. A equipe conseguiu, assim, confirmar a existência de uma anomalia nas observações.
Detalhes do experimento e seus resultados foram publicados num artigo no periódico Physical Review Letters.
Da prática à teoria
Na publicação, a equipe tentou comprovar teoricamente a anomalia observada em experimentos resultantes da colaboração com pesquisadores da Universidade Técnica de Darmstadt e outras instituições.
Esses dados, eles explicam, também possibilitaram extrair informações diretas sobre a deformação do núcleo nos diferentes isótopos de itérbio. Essa maneira de "olhar para dentro" dos átomos pode nos ajudar a ganhar uma perspectiva totalmente nova sobre a análise de núcleos atômicos pesados e "matéria rica em nêutrons".
Essa linha de pesquisa pode, por exemplo, nos ajudar a entender melhor a física das estrelas de nêutrons, mas também estabelecer novas vias de colaboração na busca pela tão esperada "nova física", eles acrescentam.
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