Nem toda matéria ao nosso redor é estável. Algumas substâncias sofrem decaimento radioativo para formar isótopos mais estáveis. Usando equipamento avançado do Texas A&M University Cyclotron Institute, os cientistas observaram pela primeira vez um decaimento radioativo único do oxigênio-13, produzindo três núcleos de hélio, um próton e um pósitron.
Os cientistas observaram agora um novo padrão de decaimento pela primeira vez. Neste decaimento, uma forma mais leve de oxigênio - o oxigênio-13 (que tem 8 prótons e 5 nêutrons) - decai dividindo-se em 3 núcleos de hélio (átomos sem elétrons circundantes), 1 próton e 1 pósitron (a versão antimatéria de um elétron).
Os cientistas observam esta decadência observando a separação dos núcleos atômicos individuais e medindo os produtos da dissolução.
Os cientistas já observaram padrões interessantes no decaimento radioativo, um processo conhecido como “decaimento beta-plus”. Nesse processo, os prótons se transformam em nêutrons e liberam parte da energia produzida pela emissão de pósitrons e antineutrinos. Após o decaimento beta inicial, o núcleo resultante pode ter energia suficiente para evaporar partículas extras, tornando-se mais estável.
Este novo modo de decaimento é a primeira observação do decaimento beta liberando três núcleos de hélio (partículas alfa) e um próton. As descobertas permitem aos cientistas compreender o processo de decaimento e as propriedades do núcleo antes do decaimento.
Uma imagem de partículas produzidas após um núcleo sofrer decaimento beta deste novo modo de decaimento. O núcleo resultante se divide em três núcleos de hélio (α) e um próton (p), que vêm de um ponto de decaimento (círculo vermelho). Fonte da imagem: Cortesia de J.Bishop
Neste experimento, os pesquisadores usaram o Instituto Cyclotron da Texas A&M University para produzir um feixe de núcleos radioativos de alta energia (cerca de 10% da velocidade da luz). Eles enviaram esse feixe de material radioativo (oxigênio-13) para um dispositivo chamado Texas Active Target Time Projection Chamber (TexATTPC). Esse material para dentro do detector, que é preenchido com gás dióxido de carbono, e decai após cerca de 10 milissegundos, emitindo um pósitron e um neutrino (decaimento beta-plus).
Os pesquisadores implantaram oxigênio-13 no detector núcleo por núcleo e esperaram que ele decaísse, então usaram o TexATTPC para medir quaisquer partículas que evaporaram após o decaimento beta. Em seguida, eles usaram um programa de computador para analisar os dados e determinar os rastros que as partículas deixaram no gás. Desta forma, conseguiram identificar um evento raro (que ocorre apenas uma vez em cada 1.200 decaimentos) em que quatro partículas são libertadas após o decaimento beta.