O número atômico de um elemento se define pelo número de prótons

Um isótopo de oxigênio (O2) qrecentemente observado, está desafiando todas as nossas expectativas sobre como ele deveria se comportar.

É o oxigênio-28, com o maior número de nêutrons já visto no núcleo de um átomo de oxigênio. No entanto, embora os cientistas acreditem que deveria ser estável, decai rapidamente. Assim, põe em causa o que pensávamos saber sobre os números “mágicos” de partículas no núcleo de um átomo.

O núcleo de um átomo contém partículas subatômicas chamadas núcleons, consistindo de prótons e nêutrons.

O número atômico de um elemento se define pelo número de prótons que ele possui. Mas o número de nêutrons pode variar.

Elementos com diferentes números de nêutrons são conhecidos como isótopos. O oxigênio tem 8 prótons, mas pode ter números diferentes de nêutrons.

Anteriormente, o maior número de nêutrons observado era 18, no isótopo de oxigênio oxigênio-26 (8 prótons mais 18 nêutrons equivalem a 26 núcleons).

Agora, uma equipe liderada pelo físico nuclear Yosuke Kondo, do Instituto de Tecnologia de Tóquio, no Japão, encontrou dois isótopos de O2 que nunca vimos antes, o oxigênio-27 e o oxigênio-28, com 19 e 20 nêutrons, respectivamente.

A tentativa foi bem-sucedida, mas surpreendente

O trabalho aconteceu na Fábrica de Feixes de Isótopos Radioativos Riken. Uma instalação de acelerador de ciclotron projetada para produzir isótopos instáveis.

Primeiro, a equipe disparou um feixe de isótopos de cálcio-48 contra um alvo de berílio para produzir átomos mais leves, incluindo o flúor-29, um isótopo de flúor com 9 prótons e 20 nêutrons.

Este flúor-29 foi então separado e colidiu com um alvo de hidrogênio líquido para eliminar um próton na tentativa de criar o oxigênio-28.

A tentativa foi bem-sucedida, mas surpreendente. Tanto o oxigênio-27 quanto o oxigênio-28 são instáveis, durando apenas um momento antes de se decomporem em oxigênio-24 e 3 ou 4 nêutrons soltos, respectivamente, e é aqui que as coisas ficam interessantes para o oxigênio-28.

Tanto 8 quanto 20 são números “mágicos” para prótons e nêutrons, respectivamente, uma propriedade que sugere que o oxigênio-28 deve ser estável.

O número total de cada um depende de como cada núcleo adicionado afeta a estabilidade das cotas de prótons e nêutrons chamadas ‘conchas’.

Tentativas anteriores de encontrá-lo foram insuficientes

Um número mágico na física nuclear é o número de núcleons que preencherão completamente uma camada, com cada nova camada distinguida da anterior por uma grande lacuna de energia.

Um núcleo atômico com conchas de prótons e nêutrons contendo números mágicos de cada um, é conhecido como duplamente mágico e espera-se que seja especialmente estável.

A maior parte do O2 na Terra, incluindo o ar que respiramos, é uma forma duplamente mágica de O2, o oxigênio-16.

Por muito tempo se esperou que o oxigênio-28 fosse o próximo isótopo de O2 duplamente mágico. Isso depois do oxigênio-16, mas tentativas anteriores de encontrá-lo foram insuficientes.

Os resultados foram fascinantes

O trabalho de Kondo e dos seus colegas poderia explicar porquê. Suas descobertas sugerem que não se preencheu a camada de nêutrons. Isto põe em questão se 20 é ou não um número mágico para nêutrons.

Curiosamente, parece consistente com um fenómeno conhecido como ilha de inversão para isótopos de néon, sódio e magnésio, onde conchas de 20 neutrões não conseguem fechar. Isto também se estende ao flúor-29 e agora, aparentemente, ao oxigênio-28.

Uma maior compreensão da camada de neutrões estranhamente não fechada terá de esperar até que os investigadores possam sondar o núcleo num estado excitado e de maior energia. Outros métodos de formação do oxigênio-28 também podem ser reveladores, embora isso seja muito mais complicado de perceber.

Por enquanto, os resultados fascinantes e duramente obtidos pela equipe revelam que os núcleos duplamente mágicos podem ser muito mais complicados do que pensávamos.