Atérecentemente, os cientistas acreditavam que apenas núcleos muito massivos poderiam ter excitado estados de spin zero de estabilidade aumentada com uma forma significativamente deformada. Enquanto isso, uma equipe internacional de pesquisadores da Romaªnia, Frana§a, Ita¡lia, Estados Unidos e Pola´nia mostrou em seu último artigo que esses estados também existem em núcleos de na­quel muito mais leves. A verificação positiva do modelo tea³rico usado nesses experimentos permite descrever as propriedades de núcleos indisponí­veis em laboratórios da Terra.

Mais de 99,9% da massa de um a¡tomo vem do núcleo ata´mico , cujo volume émais de um trilha£o de vezes menor que o volume do a¡tomo inteiro. Portanto, o núcleo ata´mico tem uma densidade surpreendente de cerca de 150 milhões de toneladas por centa­metro caºbico. Isso significa que uma colher de sopa de matéria nuclear pesa quase tanto quanto um quila´metro caºbico de a¡gua. Apesar de seu tamanho muito pequeno e densidade incra­vel, os núcleos ata´micos são estruturas complexas feitas de pra³tons e naªutrons. Pode-se esperar que esses objetos extremamente densos sempre tenham a forma esfanãrica. Na realidade, poranãm, a situação bem diferente: a maioria dos núcleos édeformada - eles exibem forma achatada ou alongada ao longo de um ou mesmo dois eixos, simultaneamente. Para encontrar a forma preferida de um determinado núcleo, costuma-se construir uma paisagem da energia potencial em função da deformação. Pode-se visualizar tal paisagem desenhando um mapa no qual as coordenadas planas são os parametros de deformação, ou seja, graus de alongamento ou achatamento ao longo dos dois eixos, enquanto a cor indica a quantidade de energia necessa¡ria para trazer o núcleo a uma determinada forma. Esse mapa éuma analogia completa com um mapa geogra¡fico de terreno montanhoso.

Se um núcleo éformado na reação nuclear , ele aparece em um determinado ponto da paisagem - sofre deformação especa­fica. Ele então comea§a a deslizar (mudar de deformação) em direção ao ponto de energia mais baixo (deformação esta¡vel). Em alguns casos, no entanto, antes de atingir o estado fundamental, pode ser interrompido por um tempo em algum ma­nimo local, uma armadilha, que corresponde a  deformação metaesta¡vel. Isso émuito semelhante a  águaque brota em um determinado local na área montanhosa e flui para baixo. Antes de atingir o vale mais baixo, pode ficar preso em depressaµes locais por algum tempo. Se um riacho conectar a depressão local ao ponto mais baixo da paisagem, a águafluira¡ para baixo. Se a depressão estiver bem isolada, a águaficara¡ la¡ por muito tempo.

 

Experimentos mostraram que ma­nimos locais na paisagem de deformação nuclear no spin zero existem apenas em núcleos massivos com números ata´micos maiores do que 89 (acta­nio) e um número total de pra³tons e naªutrons bem acima de 200. Esses núcleos podem ser aprisionados nestes ma­nimos secunda¡rios em deformação metaesta¡vel por um período atédezenas de milhões de vezes mais longo do que o tempo necessa¡rio para atingir o estado fundamental sem ser retardado pela armadilha. Atéalguns anos atrás, um estado de spin zero excitado associado a  deformação metaesta¡vel nunca havia sido observado entre os núcleos de elementos mais leves. A situação mudou hálguns anos, quando um estado de deformação considera¡vel caracterizado por estabilidade aumentada foi encontrado no na­quel-66, o núcleo com 28 pra³tons e 38 naªutrons.

“Os ca¡lculos feitos pelos nossos colegas japoneses também forneceram outro resultado inesperado”, afirma o prof. Bogdan Fornal (IFJ PAN). "Eles mostraram que uma depressão local profunda (armadilha) associada a uma deformação considera¡vel deveria estar presente também na paisagem de energia potencial do na­quel-64, o núcleo com dois naªutrons menores que o na­quel-66, que atéagora era considerado como tendo apenas um principal ma­nimo com uma forma esfanãrica. O problema era que no na­quel-64 a depressão foi prevista em alta energia de excitação - em grande altitude na analogia do terreno da montanha - e foi extremamente difa­cil encontrar um manãtodo experimental para colocar o núcleo nesta armadilha . "

Um tour de force ocorreu envolvendo quatro experimentos complementares, conduzidos em conjunto por uma colaboração liderada por experimentalistas da Romaªnia (IFIN-HH em Bucareste), Frana§a (Institut Laue-Langevin, Grenoble), Ita¡lia (Universidade de Mila£o), EUA (a Universidade da Carolina do Norte e TUNL) e da Pola´nia (IFJ PAN, Craca³via). As medições foram realizadas em quatro laboratórios diferentes na Europa e nos EUA: Institut Laue-Langevin (Grenoble, Frana§a), IFIN-HH Tandem Laboratory (Romaªnia), Argonne National Laboratory (Chicago, EUA) e o Triangle Universities Nuclear Laboratory (TUNL, Norte Carolina, EUA). Diferentes mecanismos de reação foram empregados, incluindo transferaªncia de pra³tons e naªutrons, captura de naªutrons tanãrmicos, excitação de Coulomb e fluorescaªncia de ressonância nuclear, em combinação com técnicas de detecção de raios gama de última geração.

Todos os dados tomados em conjunto permitiram estabelecer a existaªncia de dois ma­nimos secunda¡rios na paisagem de energia potencial do na­quel-64, correspondentes a s formas elipsoidal oblata (achatada) e prolata (alongada), com a prolata sendo profunda e bem isolada, conforme indicado por a transição significativamente retardada para o ma­nimo esfanãrico principal.

“A extensão de tempo que o núcleo passa quando preso no ma­nimo prolato do núcleo Ni-64 não étão espetacular quanto a dos núcleos pesados, onde chega a dezenas de milhões de vezes. Registramos o aumento de apenas algumas dezenas das vezes, mas o fato de esse aumento ser pra³ximo ao proporcionado pelo novo modelo tea³rico, éuma grande conquista ”, afirma o Prof. Fornal.

Um resultado particularmente valioso do estudo éa identificação de um componente anteriormente não considerado da força agindo entre os núcleos em sistemas nucleares complexos, o chamado tensor monopolo, que éresponsável pela paisagem multifacetada de deformação nos isãotopos de na­quel. Os cientistas esperam que essa interação seja responsável, em grande parte, por moldar a estrutura de muitos núcleos que ainda não foram descobertos.

Numa perspectiva mais ampla, a investigação apresentada indica que a abordagem tea³rica aqui aplicada, sendo capaz de predizer adequadamente as caracteri­sticas únicas dos núcleos de na­quel , tem grande potencial para descrever as propriedades de centenas de sistemas nucleares que não são acessa­veis em laboratório no Terra hoje, mas continuamente produzida em estrelas.