O universo funciona sob um princípio fundamental de simetria – as leis da física devem aplicar-se igualmente ao longo do tempo e do espaço. Embora isto seja verdade para a maioria dos fenómenos, como a gravidade ou o electromagnetismo, certos aspectos da natureza apresentam pequenos desequilíbrios que os cientistas têm dificuldade em explicar. Um desses mistérios reside nos núcleos radioativos. Esses núcleos atômicos, com sua distribuição desigual de prótons e nêutrons, amplificam até mesmo as mais tênues quebras de simetria.
Os cientistas acreditam que a descoberta destas assimetrias poderá levar a avanços que vão além da nossa compreensão atual da física, conforme descrito pelo Modelo Padrão. Uma equipe de pesquisadores do CERN e do MIT deu um salto gigantesco em direção a esse objetivo. Pela primeira vez, observaram como o magnetismo se distribui dentro do núcleo de uma molécula – um feito anteriormente impossível devido a limitações técnicas.
Um Abacate Molecular Único
A chave para esta descoberta reside numa molécula radioativa específica: o monofluoreto de rádio (RaF). Este composto incomum consiste em um átomo de rádio ligado a um átomo de flúor. O núcleo do rádio, conhecido por sua “deformação octupolo”, possui um formato distinto de pêra ou abacate – uma característica rara encontrada em apenas um punhado de núcleos atômicos em todo o mapa nuclear. Essa assimetria torna o RaF um candidato ideal para detectar violações sutis de simetria.
No entanto, estudar RaF apresenta desafios significativos. O rádio é notoriamente radioativo, decaindo rapidamente em cerca de 15 dias. Esta instabilidade significa que os cientistas só podem produzir quantidades mínimas da molécula e estudá-la por momentos fugazes. Cada molécula RaF existe por meras frações de segundo antes de desaparecer.
Desmascarando o Magnetismo Nuclear
Para superar esses obstáculos, os pesquisadores utilizaram a instalação ISOLDE do CERN para gerar rádio-225 e combiná-lo com gás flúor. Este processo resultou em um fluxo contínuo de moléculas RaF quase imperceptíveis – apenas cerca de cinquenta por segundo atendendo às condições necessárias para medição.
Empregando feixes de laser altamente precisos sintonizados em frequências específicas, eles bombardearam essas moléculas fugazes. A absorção ou emissão de luz pela molécula produziu um espectro – uma impressão digital única que revela informações sobre a distribuição dos elétrons ao redor do núcleo. Neste caso, contudo, mudanças inesperadas nos padrões espectrais apontaram para algo mais profundo: a influência do magnetismo interno do núcleo do rádio sobre os electrões em órbita.
Este fenômeno, conhecido como efeito Bohr-Weisskopf, já havia sido observado em átomos individuais, onde um único elétron interage com um único núcleo. Detectá-lo dentro de uma molécula foi sem precedentes devido ao movimento constante de elétrons entre os dois núcleos de uma molécula, o que pode obscurecer os sinais magnéticos. Mas no RaF, o átomo de flúor mais simples permitiu aos investigadores concentrarem-se na estrutura magnética do núcleo mais pesado do rádio.
Uma janela para uma nova física?
Esta observação inovadora – uma medição direta do magnetismo dentro do núcleo de uma molécula – abre novos e excitantes caminhos para a investigação. A equipa planeia agora capturar e desacelerar estas moléculas com lasers, permitindo medições ainda mais precisas que poderão revelar pequenas violações de simetria. Tais descobertas podem apontar para partículas ou forças desconhecidas além do Modelo Padrão, revolucionando a nossa compreensão do universo.
Como Wilkins conclui: “Agora sabemos que eles podem ser ferramentas poderosas para procurar uma nova física”.
