Uma equipa internacional de investigadores, incluindo cientistas da Faculdade de Ciências Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC), Universidade NOVA de Lisboa (UNL) e Universidade de Aveiro (UA), alcançou uma medição inédita do raio nuclear do hélio-3 com uma precisão sem precedentes. O resultado, agora publicado na prestigiada revista Science, constitui um teste rigoroso às teorias da física atómica.
A experiência decorreu no Paul Scherrer Institut (PSI), na Suíça, utilizando o feixe de muões mais intenso do mundo. Os investigadores da colaboração CREMA – Charge Radius Experiment with Muonic Atoms conseguiram substituir os eletrões do átomo de hélio-3 por muões — partículas subatómicas cerca de 200 vezes mais pesadas que os eletrões — formando assim o chamado hélio-3 muónico. Esta configuração permitiu obter um valor extremamente preciso do raio de carga nuclear, cujo valor é 1,97007 fentómetros (sendo que um metro contém mil biliões de fentómetros).
A equipa portuguesa desempenhou um papel crucial em várias vertentes da experiência, nomeadamente no desenvolvimento dos sistemas de deteção dos raios X, controlo experimental e cálculos teóricos. No total, participaram dez investigadores nacionais, cinco da FCTUC (Luís Fernandes, Fernando Amaro, Cristina Monteiro, Andrêa Gouvêa e Joaquim Santos), três da UNL (Jorge Machado, Pedro Amaro e José Paulo Santos) e dois da UA (Daniel Covita e João Veloso).
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O PSI é atualmente a única instalação no mundo capaz de gerar muões negativos lentos em quantidade suficiente para este tipo de investigação. O sucesso da medição deveu-se também ao uso de um sofisticado sistema laser, que permite detetar com precisão a frequência de ressonância em que ocorre a transição energética do muão, resultando na emissão de raios X.
Os dados agora obtidos contribuem significativamente para a modelação teórica da estrutura nuclear e são fundamentais para testar a eletrodinâmica quântica em sistemas ligados, como os átomos. Além disso, fornecem valores de referência críticos para modelos nucleares baseados em princípios fundamentais da física.
A colaboração CREMA planeia novas experiências, incluindo a análise da estrutura hiperfina em átomos muónicos e novas medições com hidrogénio muónico, com o objetivo de explorar ainda mais os limites da física fundamental.
O artigo científico “The helion charge radius from laser spectroscopy of muonic helium-3 ions” está disponível para consulta aqui.
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