O enigma de longa data da dispersão de electrões aprofunda-se com uma nova medição
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Porque é que o chumbo se comporta de forma tão diferente de todos os outros núcleos atómicos quando atingido por electrões? Uma equipa de físicos da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) deu um passo importante para responder a esta questão, descobrindo apenas que o mistério é ainda mais profundo do que se pensava.
Um novo resultado com os espectrómetros A1 no acelerador MAMI revela um comportamento inesperado em núcleos pesados e abre caminho para testes de precisão na futura instalação MESA
Porque é que o chumbo se comporta de forma tão diferente de todos os outros núcleos atómicos quando atingido por electrões? Uma equipa de físicos da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) deu um passo importante para responder a esta questão, descobrindo apenas que o mistério é ainda mais profundo do que se pensava. As descobertas foram publicadas na prestigiada revista científica Physical Review Letters.
Os electrões dispersam-se normalmente dos núcleos atómicos de formas que podem ser previstas com uma precisão notável. Uma caraterística bem testada é que a inversão do spin dos electrões que chegam deve alterar ligeiramente o padrão de dispersão, um efeito impulsionado pela troca de dois "fotões virtuais" entre o eletrão e o núcleo. Para a maioria dos núcleos, a teoria prevê exatamente a dimensão deste pequeno efeito, e décadas de experiências confirmaram essas previsões. O chumbo, no entanto, sempre se destacou. Medições anteriores efectuadas no Thomas Jefferson National Accelerator Facility do Departamento de Energia dos EUA mostraram que, para o chumbo, este efeito dependente do spin parecia desaparecer completamente, um resultado que nenhuma teoria existente conseguia explicar.
A experiência no Microtrão de Mainz
Numa nova experiência realizada com os espectrómetros A1 de alta resolução do Microtron de Mainz (MAMI), a equipa da JGU mediu o mesmo processo com uma energia de feixe e um ângulo de dispersão diferentes. Desta vez, o efeito estava claramente presente e era surpreendentemente grande. Em vez de resolver a anomalia anterior, a nova medição intensifica-a: o comportamento do núcleo de chumbo muda drasticamente com a energia de uma forma que a teoria atual não capta.
"Este resultado confirma que o puzzle é real", afirma a Professora Dra. Concettina Sfienti, que dirige o projeto. "Significa que existe uma física inexplorada na forma como os electrões sondam os núcleos pesados e que precisamos de novas ideias teóricas para a compreender".
O trabalho foi realizado no âmbito do Centro de Investigação Colaborativa (CRC) 1660 "Hadrões e Núcleos como Ferramentas de Descoberta", financiado pela Fundação Alemã de Investigação (DFG). Uma das principais missões do CRC 1660 é utilizar experiências de precisão para descobrir efeitos subtis na estrutura nuclear que possam abrir novas janelas para o Modelo Padrão da física das partículas. O comportamento inesperado do chumbo está agora a emergir como um dos casos mais intrigantes do CRC, um exemplo notável de como as medições de alta precisão podem revelar lacunas mesmo em teorias bem estabelecidas.
Implicações significativas para futuras experiências no MESA
As descobertas também têm fortes implicações para a futura experiência P2 no novo acelerador MESA, atualmente a ser construído no campus de Mainz como parte do Cluster de Excelência PRISMA++. No MESA, os investigadores irão medir efeitos extremamente pequenos na dispersão de electrões para testar o Modelo Padrão com uma precisão sem precedentes. Compreender o papel da troca de dois fótons em núcleos pesados - como o comportamento surpreendente agora observado no chumbo - é essencial para alcançar a precisão necessária em P2. "Com este novo resultado do MAMI, temos uma noção muito mais clara do que é necessário compreender antes de avançarmos para o próximo nível de precisão no MESA", explica Sfienti. "O que medimos hoje molda diretamente o roteiro para a física de alta precisão de amanhã".
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