Investigadores portugueses integram estudo internacional sem precedentes na medição do núcleo do hélio
Vários investigadores da Universidade de Aveiro (UA), da Universidade de Coimbra (UC), e da Universidade Nova de Lisboa (UNL) estão inseridos num estudo internacional que mediu o raio do núcleo atómico do hélio com enorme nível de precisão - um trabalho sem precedentes que já foi publicado na prestigiada revista científica Nature.
A seguir ao hidrogénio, o hélio é o segundo elemento mais abundante no universo. E o estudo destes átomos leva os cientistas um pouco mais perto do conhecimento geral da origem do universo. Cerca de um quarto dos núcleos atómicos que se formaram nos primeiros minutos após o Big Bang eram núcleos de hélio.
Constituído por quatro blocos de construção (dois protões e dois neutrões), é crucial ser conhecido o núcleo deste gás, do ponto de vista da física fundamental. Entre outros, é fundamental conhecer as propriedades do núcleo do hélio para para se entender os processos de outros núcleos atómicos que são mais pesados que o hélio, como revela à RTP, João Filipe A. Veloso, um dos investigadores portugueses e vice-reitor da Universidade de Aveiro, inserido neste projecto.
“O núcleo de hélio é uma partícula muito interessante, tendo em conta as suas dimensões, e um núcleo leve, e é a partir dessa sua simplicidade que nós podemos medir as suas características e transpor para núcleos mais pesados. Estas medições permitem também, de uma forma mais precisa, fazer uma certificação da teoria que se desenvolve em torno da temática da física nuclear”, explica João Veloso.
O projecto conta já com duas décadas de investigação, estando João Veloso, no início, na Universidade de Coimbra a trabalhar com os investigadores Joaquim Santos e Luís Fernandes e teve como principal trabalho medir o tamanho do protão - elemento subatómico de carga positiva, que está dentro dos núcleos dos átomos – um estudo que foi realizado e publicado em 2010, também na revista ‘Nature’, com resultados muito interessantes devido à precisão da medida de um elemento tão ‘ínfimo’ (0,833 fentómetros - cerca de 35 mil vezes mais pequeno que o raio do átomo de hidrogénio).
De acordo com os resultados obtidos, agora com o átomo do hélio, o designado raio de carga médio do núcleo deste elemento é 1,67824 fentómetros (há mil biliões de fentómetros num 1 metro).
Câmara de hélio ("coração" da experiência) rodeada pelos detetores de raios-x e de eletrões. Foto: Paul Scherrer Institut/DR
O conceito em que assenta a nova metodologia é simples: num átomo “normal” são eletrões que orbitam em torno do núcleo; nesta abordagem, os eletrões são substituídos por um muão, formando um átomo exótico, no presente caso o hélio muónico.
O muão é considerado o irmão do eletrão, mas cerca de 200 vezes mais pesado. Um muão está muito mais fortemente ligado ao núcleo atómico do que um eletrão e orbita em órbitas cerca de 200 vezes mais próximas do núcleo. Consequentemente, o hélio muónico permite tirar conclusões sobre a estrutura do núcleo atómico e medir suas propriedades.
As experiências utilizaram muões (partículas semelhantes aos eletrões e cerca de 200 vezes mais pesadas), e foram realizadas no Paul Scherrer Institut (PSI), Suíça, o único centro de investigação do mundo capaz de produzir uma quantidade suficiente de muões para esta investigação.
Este trabalho de investigação contou com a colaboração de 40 investigadores, provenientes da Alemanha, entre os quais se destaca T. W. Hänsch, prémio Nobel da Física de 2005, Suíça, França, Taiwan e Portugal. Dois investigadores são da Universidade de Aveiro (Daniel Covita e João Veloso, o coordenador), cinco são da Universidade de Coimbra (Luís Fernandes, Fernando Amaro, Cristina Monteiro, Andreia Gouvea e Joaquim Santos, o coordenador), e três são da Universidade NOVA de Lisboa (Jorge Machado, Pedro Amaro e José Paulo Santos, o coordenador).
A Equipa Portuguesa deu uma contribuição decisiva para o sistema de deteção dos raios-X emitidos pelos átomos muónicos, para o sistema de controlo e monitorização da experiência e para a teoria.
Este estudo visa a certificação da teoria nuclear e permitir à ciência validar e definir com maior precisão a constante de Rydberg, “que depois se vai adotar à vida quotidiana”, refere o investigador da Universidade de Aveiro, “no desenvolvimento tecnológico e no conhecimento da natureza desse mesmo desenvolvimento”, conclui.
Descobrir o genoma dos atómos
Um dos princípios fundamentais da ciência é observar, estudar e procurar saber mais através da análise e experimentação sobre o mundo que nos rodeia, criando teorias e recriando através da práticas fenómenos que para o cidadão comum pouco ou nenhuma mais valia traz no dia-a-dia.Mas não é bem assim, visto que o desenvolvimento tecnológico que faz já parte da atualidade parte das muitas experiência anteriormente e actualmente efectuadas, entre elas estudos da fusão nuclear que depois pode dar origem a outras formas de energia, quer para consumo, quer para formas de locomoção na indústria terrestre ou espacial, entre outros factores.
É por essas razões que, no conhecimento e na manipulação destes elementos, é de extrema importância conhecer a sua composição e como reagem comportamentalmente. Uma espécie de conhecer o ‘genoma’ do átomo para depois melhor poder aplicá-lo e transformá-lo
Uma colaboração com uma longa tradição
Esta medição é o resultado de 20 anos de colaboração comprovada entre institutos de renome internacional, incluindo PSI, ETH Zurich, o Instituto Max Planck de Ótica Quântica em Garching, o Institut für Strahlwerkzeuge da Universidade de Stuttgart e o PRISMA + Cluster de Excelência na Universidade Johannes Gutenberg de Mainz, bem como o Laboratório Kastler-Brossel em Paris, e as Universidades de Coimbra, de Aveiro e Nova de Lisboa, em Portugal, e a Universidade Nacional Tsing Hua, em Taiwan.
Esta medição é o resultado de 20 anos de colaboração comprovada entre institutos de renome internacional, incluindo PSI, ETH Zurich, o Instituto Max Planck de Ótica Quântica em Garching, o Institut für Strahlwerkzeuge da Universidade de Stuttgart e o PRISMA + Cluster de Excelência na Universidade Johannes Gutenberg de Mainz, bem como o Laboratório Kastler-Brossel em Paris, e as Universidades de Coimbra, de Aveiro e Nova de Lisboa, em Portugal, e a Universidade Nacional Tsing Hua, em Taiwan.
O trabalho foi financiado pelo European Research Council, pela Swiss National Science Foundation e pela German Research Foundation, pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, entre outros e que agora tem ecos na conceituada revista Nature, como explica João Veloso.
Errata: Por lapso João Veloso é identificado nos vídeos como membro do Conselho Cientifico, cargo que já não ocupa, sendo agora vice-reitor da Universidade de Aveiro.
