Os investigadores descobriram a estrutura complexa do núcleo de carbono-12 e descobriram que o seu estado de baixa energia consiste em aglomerados de átomos formando triângulos. A descoberta, feita por uma colaboração internacional, aprofunda a nossa compreensão de como o carbono se formou no universo e é consistente com os dados experimentais existentes.
Um estudo internacional revelou a estrutura de aglomerados triangulares dentro do núcleo dos átomos de carbono 12, fornecendo pistas importantes para a nossa compreensão da origem e abundância do carbono no universo.
O elemento carbono é essencial para a química orgânica e a vida como a conhecemos. As propriedades físicas do seu isótopo mais comum, o carbono-12, são extremamente complexas. Muitos estudos experimentais e teóricos foram dedicados à determinação da energia e da estrutura fundamental do estado nuclear do carbono-12.
Neste trabalho, os pesquisadores calcularam esses estados a partir dos primeiros princípios – os blocos de construção mais básicos das teorias físicas. Este método usa supercomputadores e simulações de redes nucleares para calcular as formas tridimensionais formadas pelos prótons e nêutrons que compõem o núcleo. Os resultados mostram que todos os estados de baixa energia do carbono-12 têm uma subestrutura na qual seis prótons e seis nêutrons são agregados em partículas alfa. Partículas alfa são núcleos de hélio-4 contendo dois prótons e dois nêutrons.
O estado de Hoyle: uma janela para a produção estelar de carbono
Um estado nuclear bem conhecido de carbono-12 é o estado de Hoyle. A energia deste estado está próxima do limiar de energia de três partículas alfa ou núcleos de hélio. Esta energia, portanto, contribui grandemente para a produção de carbono em estrelas que queimam hélio. Isso ajuda a explicar a presença de carbono no universo.
Os resultados deste estudo mostram que o estado de Hoyle consiste em um “braço curvo” ou arranjo triangular rombudo de partículas alfa. Todos os estados de baixa energia do carbono-12 têm uma forma intrínseca de um triângulo equilátero ou obtuso que consiste em três partículas alfa. Os novos resultados fornecem informações sobre as possíveis geometrias dos estados nucleares.
Colaboração global para revelar a estrutura nuclear do carbono-12
Os átomos de carbono são os blocos de construção da química orgânica complexa que formam os blocos de construção da vida. A física nuclear do carbono-12, o principal isótopo do átomo de carbono, também é repleta de complexidade. Pesquisadores da Universidade de Bonn, do Centro de Pesquisa Jülich na Alemanha, da Universidade Islâmica de Ciência e Tecnologia em Gaziantep, Turquia, da Escola de Pós-Graduação da Academia Chinesa de Engenharia Física, da Universidade Estadual de Tbilisi e do Rare Isotope Beam Facility da Michigan State University calcularam a estrutura do estado nuclear do carbono-12 usando a estrutura abinitio da teoria de campo efetivo da rede nuclear.
Os mistérios geométricos do carbono-12 e a origem do universo
O estudo descobriu que todos os estados baixos do carbono-12 têm uma forma intrínseca, consistindo em três aglomerados alfa formando um triângulo equilátero ou um triângulo obtuso. O estado do triângulo equilátero também tem uma descrição dupla de excitações de buracos de partículas no diagrama de campo médio.
Os resultados são consistentes com dados experimentais e fornecem o primeiro mapa de densidade de estados independente do modelo de núcleos de carbono-12. Os resultados ajudam a explicar como o carbono se originou do hélio e do hidrogênio logo após o Big Bang.
Fonte compilada: ScitechDaily