Uma equipa internacional de investigadores, entre os quais cientistas das universidades de Aveiro, de Coimbra e Nova de Lisboa, mediu o raio do núcleo atómico do hélio com “um nível de precisão sem precedentes”.

Utilizando muões (“partículas semelhantes aos eletrões e cerca de 200 vezes mais pesadas”), as experiências foram realizadas no Paul Scherrer Institut (PSI), na Suíça, que é “o único centro de investigação do mundo capaz de produzir uma quantidade suficiente de muões para esta investigação”, indica a Universidade de Coimbra (UC). Os resultados serão publicados na quinta-feira na revista científica Nature.

A seguir ao hidrogénio, o hélio é o segundo elemento mais abundante no universo, sublinha a UC. “Cerca de um quarto dos núcleos atómicos que se formaram nos primeiros minutos após o Big Bang eram núcleos de hélio. Eles são constituídos por quatro blocos de construção: dois protões e dois neutrões”.

Do ponto de vista da física fundamental, é “crucial conhecer as propriedades do núcleo do hélio para, entre outros, entender os processos de outros núcleos atómicos que são mais pesados do que o hélio”, sustenta a UC, no mesmo comunicado.

“Tal como tinha acontecido com o protão, o conhecimento prévio sobre o núcleo de hélio provém de experiências com eletrões”.

Esta colaboração, destaca a UC, “desenvolveu um novo método para a medição, utilizando muões em vez de eletrões, o que permitiu determinar o tamanho do núcleo do hélio com uma precisão cerca de cinco vezes superior à das anteriores medições”.

De acordo com os resultados obtidos, o designado “raio de carga médio do núcleo do hélio é 1,67824 fentómetros”, refere a UC, adiantando que “há mil biliões de fentómetros num metro”.

O estudo contou com a colaboração de 40 cientistas, provenientes da Alemanha (entre os quais T. W. Hänsch, prémio Nobel da Física de 2005), Suíça, França, Taiwan e Portugal.

Cinco investigadores são da Universidade de Coimbra (Luís Fernandes, Fernando Amaro, Cristina Monteiro, Andreia Gouvea e Joaquim Santos, o coordenador), três da Universidade Nova de Lisboa (Jorge Machado, Pedro Amaro e José Paulo Santos, o coordenador) e dois da Universidade de Aveiro (Daniel Covita e João Veloso, o coordenador).

De acordo com a UC, 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.

Esta colaboração internacional já tinha medido o raio do protão em 2010, utilizando a mesma abordagem. Nessa altura, o valor medido diferia do obtido por outros métodos de medição que utilizavam eletrões.

“Desta vez, não há contradição entre o novo valor mais preciso e as medições efetuadas com os outros métodos”, salienta a UC, notando que “a medição deste trabalho pode ser utilizada em vários contextos”.

As medições do hélio muónico também podem ser comparadas com as que são obtidas em experiências em que são utilizados átomos e iões “normais”.

A medição agora alcançada resulta 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 Nacional Tsing Hua, no Taiwan.

O trabalho foi financiado pelo European Research Council, pela Swiss National Science Foundation, German Research Foundation e Fundação para a Ciência e a Tecnologia, entre outras entidades.

 

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