Pesquisa em física alcança precisão inédita em massas nucleares

O professor Tiago de Jesus Santos, do curso de Física da Ufac, publicou, em coautoria, artigo na revista “Scientific Reports”, do grupo Nature. O trabalho, fruto de colaboração entre físicos nucleares brasileiros, mostra como os núcleos atômicos pesados e superpesados são sintetizados no universo. A pesquisa combinou modelos canônicos da física nuclear com algoritmos avançados, especificamente Redes Neurais Bayesianas (BNNs), para corrigir desvios estruturais nas previsões teóricas de massas de núcleos atômicos.

Segundo Santos, o artigo aborda uma das questões mais intrigantes e fundamentais da ciência moderna. Ao aplicar a metodologia híbrida que integra o modelo macroscópico-microscópico Weizsäcker-Skyrme à Redes Neurais Bayesianas (WS4+BNN), os pesquisadores alcançaram, usando esse tipo de técnica e comparando o resultado teórico com dados experimentais, o menor erro quadrático médio de massas nucleares já registrados na literatura, 0.113 MeV.

Ele destacou que um erro quadrático médio é uma medida estatística que calcula a média dos quadrados das diferenças entre os valores reais (experimentais) e os valores previstos por um modelo e que, quanto menor o erro quadrático médio, mais preciso. O erro quadrático médio de 0.113 MeV, obtido para massas nucleares, publicado pelo grupo, representa um aprimoramento superior a 57% em relação aos modelos teóricos convencionais.

Aplicação em astrofísica de altas energias

Tiago de Jesus Santos explicou que a massa de um núcleo atômico é o ingrediente fundamental para determinar a quantidade de energia liberada em reações nucleares e na estabilidade dos elementos. No cosmos, grande parte dos elementos mais pesados que o Ferro é formado por meio do processo r, que é o processo de captura rápida de nêutrons. Isso ocorre em ambientes astrofísicos extremos, como em explosões de supernovas e em kilonovas, que são o resultado da fusão entre objetos compactos, como entre estrelas de nêutrons ou entre estrelas de nêutrons e buracos negros, sob densidades neutrônicas extremamente elevadas e temperaturas de bilhões de graus.

“A exatidão obtida pelo modelo publicado permitiu calcular com alta precisão a energia de separação de nêutrons, parâmetro crucial para mapear os chamados ‘pontos de espera’ (waiting points) nas cadeias isotópicas com números mágicos de nêutrons (N = 50, 82 e 126), ditando onde ocorrem os picos de abundância dos elementos no universo”, disse Santos.

Núcleos atômicos superpesados e decaimento alfa

O professor relatou que, além das aplicações astrofísicas no processo r, a pesquisa utilizou os valores de massa refinados para investigar o decaimento alfa em núcleos superpesados com número atômico Z > 110, tais como Nihônio (Nh), Fleróvio (Fl), Moscóvio (Mc), Livermório (Lv), Tennesso (Ts) e Oganessônio (Og), os elementos mais pesados da tabela periódica e classificados nela como “Propriedades Químicas Desconhecidas”.

Confira mais observações do professor sobre o tema

O trabalho é resultado de uma rede de colaboração entre físicos nucleares pesquisadores membros do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia: Física Nuclear e Aplicações, unindo, nessa publicação, a Ufac ao Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, à Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, à Universidade Estadual de Santa Cruz e à Autoridade Nacional de Segurança Nuclear.

“Este é um esforço conjunto de alguns anos de pesquisa, que demonstra a importância da colaboração entre instituições públicas para o ensino, a pesquisa e a extensão”, concluiu o professor. Na Ufac, ele coordena o Laboratório de Física Nuclear Teórica. Suas pesquisas envolvem, principalmente, física teórica com foco em física nuclear e de partículas, astrofísica nuclear e física atômica.