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Numa descoberta que promete reescrever parte do que sabemos sobre a matéria, uma equipa de físicos do Instituto de Física Moderna (IMP), da Academia Chinesa de Ciências (CAS), conseguiu, pela primeira vez, medir com precisão a massa do silício-22, um núcleo atómico extremamente instável e raro. Os resultados, publicados na prestigiada revista Physical Review Letters, confirmam que o número de protões 14 atua como um novo "número mágico" na física.

Esta descoberta não só aprofunda o nosso conhecimento sobre as forças fundamentais do universo, como também nos dá novas pistas sobre como os elementos foram formados nos momentos mais extremos da história cósmica.

O que são afinal os 'números mágicos' da física?

Imagine os núcleos dos átomos como construções feitas de peças de Lego, onde as peças são os protões e os neutrões. Tal como nas construções, certas combinações de peças resultam em estruturas incrivelmente estáveis, enquanto outras se desfazem com um sopro. Na física nuclear, os "números mágicos" são precisamente essas contagens ideais de protões ou neutrões que tornam um núcleo excecionalmente estável.

Os números mágicos clássicos para átomos estáveis são 2, 8, 20, 28, 50, 82 e 126. Esta teoria, desenvolvida através do modelo de camadas nucleares, valeu a Maria Goeppert Mayer e J. Hans D. Jensen o Prémio Nobel da Física em 1963. No entanto, para núcleos exóticos e de vida curta, estes números podem ser diferentes, e descobrir quais são é um dos grandes desafios da ciência moderna.

O desafio do silício-22, o núcleo 'fantasma'

O protagonista desta história, o silício-22, é um núcleo verdadeiramente exótico. Com 14 protões e apenas 8 neutrões, é extremamente difícil de produzir em laboratório e desintegra-se numa fração de segundo. A sua importância reside no facto de ser o "gémeo espelhado" do oxigénio-22, um núcleo com 14 neutrões e 8 protões, onde o número 14 de neutrões já se tinha revelado mágico.

Com base na simetria especular nuclear — a ideia de que a física de dois núcleos espelhados deveria ser semelhante — os teóricos previam que o número 14 de protões também deveria ser mágico no silício-22. Contudo, devido à dificuldade extrema em estudá-lo, esta teoria nunca tinha sido confirmada experimentalmente.

Uma medição que reescreve os manuais

Recorrendo a uma técnica avançada de espectroscopia de massa no Laboratório Nacional de Iões Pesados em Lanzhou, a equipa do IMP conseguiu o impensável: medir a massa do silício-22. Esta foi a primeira medição de sempre da massa deste núcleo, que se encontra no limite da estabilidade nuclear, a chamada "linha de gotejamento de protões" — uma fronteira para lá da qual os núcleos não conseguem reter mais protões.

O resultado resolveu um longo debate na física, confirmando que o silício-22, embora no limite, é estável o suficiente para não emitir protões espontaneamente. A nova medição permitiu aos cientistas calcular a energia de emparelhamento dos protões e confirmar, sem margem para dúvidas, que o número 14 é de facto um novo número mágico para os protões. Curiosamente, a equipa descobriu também uma ligeira quebra na simetria espelhada, com os protões no silício-22 a estarem mais "espalhados" do que os neutrões no oxigénio-22, o que abre novas portas para o estudo das forças nucleares.