26-05-2025
Na foto: Paul Scherrer Institut (PSI)/Wikipedia
Uma equipa internacional de investigadores, incluindo cientistas da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade NOVA de Lisboa (NOVA FCT), Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC), e Universidade de Aveiro, 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 do Consórcio 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 Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (Luís Fernandes, Fernando Amaro, Cristina Monteiro, Andrêa Gouvêa e Joaquim Santos), três da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade NOVA de Lisboa (Jorge Machado, Pedro Amaro e José Paulo Santos) e dois da Universidade de Aveiro (Daniel Covita e João Veloso).
O Paul Scherrer Institut (PSI), na Suíça 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.
Estes modelos permitem uma melhor compreensão da força que mantém unidos os protões e neutrões no núcleo — a força forte. Para além disso, a determinação precisa destes raios possibilita testes rigorosos da eletrodinâmica quântica (QED) em sistemas simples, como os átomos, permitindo avaliar com elevada precisão o grau de fiabilidade da nossa compreensão da estrutura atómica.
O consórcio 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.
Este trabalho foi apoiado pelo European Research Council, Swiss National Science Foundation, German Research Foundation, Fundação para a Ciência e a Tecnologia, entre outros.
Na imprensa
10 cientistas portugueses põem à prova teorias da física atómica e ajudam a medir núcleo do hélio-3, Sapo TEK
Cientistas portugueses ajudam a medir o núcleo do hélio-3, Região Sul
Investigadores portugueses participam em experiência inédita no mundo, Bom Dia
Cientistas portugueses ajudam a medir o núcleo do hélio-3 com precisão, Renováveis Magazine
