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Pesquisa em núcleos exóticos 

Núcleos exóticos leves

 

Núcleos leves ricos em nêutrons como 6,8He, 8,9,11Li, 11Be, 12,13B e os isótopos 14,15C ou ricos em prótons como 7Be, 8B, 10C, são núcleos radioativos com tempo de vida média em torno de dezenas a centenas de milisegundos. Alguns desses núcleos exibem propriedades exóticas e são chamados núcleos exóticos. Esses núcleos exóticos apresentam uma  distribuição de matéria não usual. A distribuição de matéria para esses núcleos não é homogênea, podendo formar estruturas complexas como nêutron ou proton halo e nêutron ou proton skin, onde os nucleons (protons ou nêutrons) de valência produzem uma extensão radial maior do núcleo. Essas estruturas se  assemelham a uma estrutura do tipo planetária ou um sistema ligado do tipo anéis borromeano (3 anéis ligados que se só separam quando um deles é quebrado). Exemplos desses núcleos com propriedades exóticas são o 11Li e 6He, que são descritos como tendo um caroço de 9Li e 4He, respectivamente, e dois nêutrons de valência formando uma nuvem com uma longa distribuição espacial. Essa extensão faz com que o tamanho final do núcleo de 11Li seja comparável ao do 238U, tendo portando sérias consequências nos diversos mecanismos de reações.  Em alguns núcleos exóticos ocorre uma inversão de orbital e/ou desaparecimento ou mudança de números mágicos do modelo de camadas. Além disso, diferentes deformações para distribuições de prótons e nêutrons provocam o surgimento de novos modos de excitações coletivas.

Reações diretas e de espalhamento com feixes radioativos leves

 

Medidas de reações diretas, tais como espalhamento elástico, inelástico, transferência, breakup, com feixes de núcleos radioativos fornecem importantes informações sobre a estrutura nuclear bem como trazem importantes contribuições para elucidar alguns problemas de estrutura nuclear e reações de interesse astrofísico. Essas reações são bastante seletivas uma vez que enfatizam ou excluem transições específicas, além de serem sensíveis a fatores de forma e transições multipolares. Essas reações são propícias e interessantes para serem utilizadas como ponta de prova no estudo da estrutura de núcleos com acentuada assimetria em termos de número de prótons e nêutrons (isospin), ou seja, nucleos exóticos. Além do considerável interesse na utilização de reações nucleares induzidas por feixes radioativos para investigação da estrutura de núcleos exóticos, há um grande interesse em saber qual o papel desempenhado por núcleos exóticos em termos de favorecimento ou não de processos tais como fusão próxima a barreira Colombiana.

 

Uma das ferramentas bastante poderosa para se estudar a estrutura de núcleos exóticos é exatamente a medida de espalhamento elástico desses núcleos em alvos pesados ou leves. A descrição da seção de choque de espalhamento elástico é bastante sensível ao potencial de interação entre os núcleos projétil e alvo e a estrutura dos núcleos envolvidos. Devido a baixa energia de ligação dos núcleos exóticos, ao investigarmos o espalhamento elástico, devemos levar em conta que durante a interação do projétil com o alvo, existe a possibilidade de que esses núcleos sejam excitados em estados do continuo. Da análise de espalhamento elástico podemos obter informações sobre esses efeitos e com isso obter mais informações sobre a estrutura de cluster e mecanismos de reações desses núcleos exóticos.

 

A partir de um estudo sistemático de espalhamento elástico envolvendo diferentes projéteis, com diferentes energias de ligações, em alvos pesados e leves, poderemos obter informações sobre o efeito de breakup nos mecanismos de reações. Temos investigado esse efeito realizando e analisando várias medidas de espalhamento elástico com feixes radioativos produzidos pelo sistema Twinsol da University of Notre Dame, USA e com o RIBRAS de Sao Paulo. Nesses estudos pudemos investigar a importância da competição entres os processos de transferência de 1 ou 2 nêutrons e o de breakup desses núcleos com estrutura exótica borromeana.

Produção de feixes radioativos

 

Esse projeto consiste no desenvolvimento de feixes radioativos leves ricos em nêutrons e em prótons, entre eles, os isótopos radioativos de carbono, 10,14,15C, e o isótopo radioativo 12B, 13B. Esses feixes serão produzidos "in-flight" com o sistema de duplo solenoide TWINSOL da University of Notre Dame, USA e com o sistema RIBRAS (Radioactive Ion Beams in Brasil) instalado no Instituto de Física da USP. Esses sistemas são baseados em solenoides supercondutores capazes de selecionar e focalizar sobre um alvo secundário, feixes de núcleos radioativos produzidos por reações induzidas por um feixe primário de um elemento estável acelerado em um alvo de produção.

 

Projetos recentes:

1) 10B, 11B + 58Ni: Espalhamento elástico e inelástico - Laboratório Tandar Argentina

Medida realizada no laboratório Tandar em colaboração com Andres, Arazi (Tandar), Edilson Crema (IFUSP), Viviane Morcelle (UFRRJ), Valdir Scarduelli, Djalma Mendes Jr. (UFF), Pedro Neto de FAria (UFF), Nikit Deshmukh (India).

Medimos distribuições angulares para o espalhamento elástico de 10B e 11B em alvo de 58Ni em várias energias próximos a barreira coulombiana. Analise indicou a importância do efeito de reorientação do projetil devido ao alto momento de quadrupolo.

2) 12B, 14C + 58Ni: Espalhamento elástico e inelástico - RIBRAS - São Paulo

Medida a ser realizada no laboratório Pelletron de São Paulo com o grupo: Valdir Guimarães, Erick Natividad (estudante mestrado) Alessandro Lara (estudante mestrado), Yoxara Villamizar (aluna de metrado), e em colaboração com Viviane Morcelle (UFRJ), Andres Arazi (Tandar), Marlete Assunção (UNIFESP), Edilson Crema (IFUSP), Rubens Lichtenthaler, A. Lepine,  Valdir Scarduelli, Djalma Mendes Jr. (UFF), Pedro Neto de FAria (UFF).

Pretendemos medir distribuições angulares para o espalhamento elástico de 12B e 14C em alvo de 58Ni em várias energias próximos a barreira coulombiana.

3) 8B+208Pb: Espalhamento elástico, breakup, fusão - University of Texas A&M - USA

Medida a ser realizada no laboratório da University of Texas A&M em Abril-2017. Pretendemos primeiramente medir o espalhamento elástico a 50 e 60 MeV e numa medida posterior medir a seção de choque de fusão.

Proponentes: Roberto Linares (UFF) e Valdir Guimarães (IFUSP)

Colaboradores: Grigory Rogachev TAMU) e Y. Peniozhevizks (Dubna-Russia)

Brian Roeder,

 

4) 8B, 7Be, 6Li + 58Ni: Fusão - University of Notre Dame- USA

Medida realizada no laboratório da University of Notre Dame, USA com o sistema Twinsol. Nessas meditas utilizamos a técnica de multiplicidade de evaporação de prótons.

Proponentes: Eli Aquilera (Mexico)

Colaboradores: J. J. Kolata (ND), Valdir Guimaraes (IFUSP),

 

Astrofísica Nuclear

 

Desenvolver feixes radioativos corresponde basicamente a 

escolher uma combinação alvo e projeto que possa popular o núcleo de interesse, bem como 

ajustar os parâmetros do sistema óptico (duplo solenóides no caso do TWINSOL e RIBRAS) e posicionar os elementos de bloqueio e colimadores para otimizar o feixe com o elemento e interesse.  

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