Uma equipe de pesquisadores do GSI/FAIR, da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz e do Instituto Helmholtz de Mainz conseguiu explorar os limites da chamada ilha de estabilidade dentro dos nuclídeos superpesados, mais precisamente, medindo o núcleo superpesado de rutherfórdio-252, que agora é o núcleo superpesado conhecido de vida mais curta. Os resultados foram publicados na revista Cartas de revisão física e destacado como uma “sugestão do editor”.
A força forte garante a coesão nos núcleos atômicos constituídos por prótons e nêutrons. No entanto, como os protões carregados positivamente se repelem, os núcleos com demasiados protões correm o risco de se dividirem – um desafio na produção de novos elementos superpesados. Certas combinações de prótons e nêutrons, os chamados “números mágicos”, proporcionam estabilidade adicional aos núcleos. Ao levar em conta estas combinações mágicas, trabalhos teóricos que datam da década de 1960 preveem uma ilha de estabilidade no mar de núcleos superpesados instáveis, onde poderiam ser alcançadas vidas muito longas, aproximando-se mesmo da idade da Terra.
O conceito desta ilha foi desde então confirmado, com a observação do aumento da meia-vida nos núcleos mais pesados atualmente conhecidos à medida que o próximo número mágico previsto de 184 nêutrons se aproxima. No entanto, a localização do pico desta ilha, a sua altura (refletindo a meia-vida máxima esperada) e também a extensão da ilha ainda são desconhecidas. Pesquisadores do GSI/FAIR em Darmstadt, da Universidade Johannes Gutenberg Mainz (JGU) e do Instituto Helmholtz Mainz (HIM) deram agora um passo mais perto de mapear esta ilha, ao descobrirem o núcleo superpesado de vida mais curta conhecido até agora, que marca o posição da costa da ilha em núcleos de rutherfordium (Rf, elemento 104).
Para permitir a detecção experimental, o tempo de vida mínimo dos núcleos superpesados é da ordem de um milionésimo de segundo, o que torna inacessíveis núcleos superpesados de vida extremamente curta nas proximidades de mares de instabilidade. Mas há um truque: por vezes, estados excitados, estabilizados por efeitos quânticos, apresentam tempos de vida mais longos e abrem uma porta para os núcleos de vida curta. “Esses estados excitados de longa duração, os chamados isômeros, são comuns em núcleos superpesados de formato deformado, de acordo com meus cálculos”, diz o Dr. Khuyagbaatar Jadambaa, primeiro autor da publicação do departamento de pesquisa do GSI/FAIR para química de elementos superpesados. “Assim, enriquecem a imagem da ilha de estabilidade com ‘nuvens de estabilidade’ pairando sobre o mar de instabilidade.”
A equipa de investigação de Darmstadt e Mainz conseguiu examinar estas previsões procurando o núcleo até então desconhecido Rf-252. Os pesquisadores usaram um feixe intenso de titânio-50 disponível no acelerador UNILAC do GSI/FAIR para fundir núcleos de titânio com núcleos de chumbo fornecidos em uma folha-alvo. Os produtos de fusão foram separados no Separador TransActinide e no Aparelho Químico TASCA. Eles foram implantados em um detector de silício após um tempo de voo de cerca de 0,6 microssegundos. Este detector registrou sua implantação, bem como sua subsequente decadência.
No complete, foram detectados 27 átomos de Rf-252 decaindo por fissão com meia-vida de 13 microssegundos. Graças ao rápido sistema de aquisição de dados digitais desenvolvido pelo departamento de Experiment Electronics da GSI/FAIR, foram detectados elétrons emitidos após a implantação do isômero Rf-252m e liberados em seu decaimento para o estado elementary. Três desses casos foram registrados. Em todos os casos, uma fissão subsequente ocorreu em 250 nanossegundos. A partir destes dados, foi deduzida uma meia-vida de 60 ns para o estado elementary do Rf-252, que é agora o núcleo superpesado de vida mais curta conhecido atualmente.
“O resultado diminui o limite inferior dos tempos de vida conhecidos dos núcleos mais pesados em quase duas ordens de grandeza, para tempos que são muito curtos para medição direta na ausência de estados de isômeros adequados. As presentes descobertas estabelecem uma nova referência para uma exploração mais aprofundada de fenômenos associados a tais estados isômeros, estabilidade de fissão invertida, onde os estados excitados são mais estáveis que o estado elementary, e a fronteira isotópica nos núcleos mais pesados.” diz o professor Christoph E. Düllmann, chefe do departamento de pesquisa para química de elementos superpesados da GSI/FAIR.
Em futuras campanhas experimentais, a medição de estados isoméricos com estabilidade de fissão invertida no próximo elemento mais pesado seabórgio (Sg, elemento 106) está prevista e será usada para a síntese de isótopos de Sg com tempos de vida abaixo de um microssegundo, a fim de mapear ainda mais o isótopo fronteira. O resultado também abre novas perspectivas para a instalação internacional FAIR (Facility for Antiproton and Ion Analysis), que está atualmente em construção em Darmstadt.
