O novo mistério do deuterão

Tal como o protão, o deuterão é mais pequeno do que até agora se pensava. O deuterão - o segundo núcleo mais simples dos elementos químicos, formado apenas por um protão e um neutrão, as duas partículas fundamentais que constituem os núcleos atómicos - é consideravelmente mais pequeno do que se pensava até agora.

O deuterão - o segundo núcleo mais simples dos elementos químicos, formado apenas por um protão e um neutrão, as duas partículas fundamentais que constituem os núcleos atómicos - é consideravelmente mais pequeno do que se pensava até agora. Esta descoberta foi feita por um grupo de 33 cientistas internacionais, incluindo 9 portugueses, das Universidades de Aveiro (UA) e Coimbra (UC), e a experiência decorreu no Paul Scherrer Institute, PSI, Suíça.

O novo resultado é consistente com um estudo feito em 2010 pela mesma equipa, no qual os cientistas mediram o protão e chegaram a um valor consideravelmente mais pequeno do que os valores medidos através de outros métodos experimentais.

O resultado de 2010, publicado na Nature, constituiu a base do que a partir de então ficou conhecido como o "puzzle do raio do protão". A nova medida para o tamanho do deuterão criou um mistério análogo. Isto poderá levar a um ajuste na constante de Rydberg, uma quantidade fundamental da Física. Uma outra possibilidade é a existência de uma nova Força, até agora desconhecida.

Os resultados que mostram que o deuterão, tal como o protão, é mais pequeno do que era assumido até agora pela comunidade científica, são publicados hoje, 12 de agosto, na prestigiada revista científica Science.

Para além de reforçarem o atual "puzzle do tamanho do protão", estes novos resultados vêm dar uma contribuição importante para o avanço da compreensão do mundo e obrigam a um maior esforço por parte dos cientistas da comunidade internacional para esclarecer fenómenos que se pensava estarem já bem estudados.

Desde 2010 vêm sendo realizados esforços intensos para resolver o puzzle causado pelos estudos desta equipa: porque é que o protão quando orbitado por um muão é 4% mais pequeno do que quando é orbitado por um eletrão? Até à data os cientistas não encontraram justificação para este facto e estes novos resultados vêm adensar ainda mais este puzzle. A teoria mais bem estudada não prevê, nem consegue explicar, a diferença encontrada.

«Essa explicação pode passar pela existência de um novo tipo de Força até hoje desconhecida, isto é, um fenómeno novo que ainda desconhecemos, um cenário muito excitante embora mais improvável. A explicação mais óbvia seria a existência de pequenas imprecisões nas experiências anteriores à nossa», refere Joaquim Santos, docente da Universidade de Coimbra e coordenador da equipa portuguesa.

Atualmente, grupos em Munique, Paris e Toronto encontram-se a trabalhar para melhorar essas outras experiências e aumentar a sua precisão.

«É possível que todos estes estudos conduzam a uma pequena alteração na constante de Rydberg, a constante da Física que foi determinada com maior precisão e que está fortemente interligada com o tamanho do protão. Esta constante serve de base para outras grandezas utilizadas em cálculos importantes da Física e a sua alteração terá impacto em várias áreas da Ciência e levará a pequenas correções em outras grandezas da natureza», explica Joaquim Santos.

Este trabalho contou com a colaboração de 33 investigadores, provenientes de Munique (entre os quais se destaca TW Hänsch, prémio Nobel da Física de 2005), Paris, Estugarda, Friburgo, Zurique, Taiwan, Aveiro e Coimbra. Sete desses investigadores são da Universidade de Coimbra (Luís Fernandes, Fernando Amaro, Cristina Monteiro, João Cardoso, José Matias Lopes, Andreia Gouvea e Joaquim Santos, o Coordenador) e dois são da Universidade de Aveiro (Daniel Covita e João Veloso, o Coordenador).

A participação portuguesa tem sido financiada pela Fundação para a Ciência e Tecnologia. O investigador Luís Panchorrinha Fernandes tem sido o Investigador Principal dos projetos financiados pela FCT.

A experiência decorre no Paul Scherrer Institut, Zurique (Suiça) e baseia-se em 4 pilares: Teoria, sistema do feixe de muões, sistema de laser e sistema de deteção dos raios-X do hidrogénio e deutério muónicos. A equipa portuguesa é responsável pelo sistema de deteção dos raios-X.

Cristina Pinto

Universidade de Coimbra