Os decaimentos nucleares são importantes para entender fenômenos como a radioatividade, a fusão nuclear e a origem dos elementos químicos.
Um grupo de cientistas da Universidade de Yale, nos Estados Unidos, desenvolveu uma forma inovadora de medir a energia de decaimentos nucleares, que são processos em que núcleos atômicos instáveis se transformam em outros mais estáveis, liberando partículas e radiação.
No entanto, alguns tipos de decaimentos são difíceis de caracterizar, pois produzem partículas que quase não interagem com a matéria, como os neutrinos.
Para resolver esse problema, os cientistas usaram uma técnica chamada optomecânica levitada, que consiste em suspender partículas microscópicas no vácuo usando a força da luz. Dessa forma, eles conseguiram isolar as partículas do ambiente e reduzir o ruído térmico, que poderia atrapalhar as medições.
Os cientistas implantaram núcleos radioativos na superfície das partículas, que eram esferas de sílica com cerca de 3 micrômetros de diâmetro, menores do que a espessura de um fio de cabelo. Eles usaram uma pinça óptica, que é um feixe de laser que pode segurar e mover objetos pequenos, para manter as partículas no lugar e observar seus movimentos.
Quando um núcleo radioativo decai, ele libera uma partícula com uma certa energia e direção. Essa partícula provoca uma reação oposta no núcleo que fica, que é chamado de núcleo-filho. Em outras palavras, o núcleo-filho recua com uma energia e direção contrárias à da partícula emitida.
Os cientistas conseguiram detectar o recuo do núcleo-filho na partícula levitada, que se deslocava alguns nanômetros, que são bilionésimos de metro. Medindo a mudança de posição e de carga da partícula, eles puderam inferir a energia e o tipo do decaimento nuclear que ocorreu.
Os cientistas demonstraram essa técnica com decaimentos alfa, que são aqueles em que o núcleo radioativo emite uma partícula alfa, que é formada por dois prótons e dois nêutrons. Eles usaram núcleos de polônio-212, que decaem por emissão alfa para núcleos de chumbo-208, que são estáveis.
Os cientistas afirmam que essa técnica tem o potencial de detectar também decaimentos que produzem neutrinos, que são partículas muito leves e neutras, que raramente interagem com outras partículas. Para isso, eles pretendem usar partículas menores, que possam revelar o momento de um único neutrino saindo da partícula.
Essa técnica poderia permitir novos testes de física fundamental e mecânica quântica, que é a teoria que descreve o comportamento das partículas subatômicas. Os cientistas esperam que essa técnica abra novas possibilidades para estudar os decaimentos nucleares e seus efeitos.