Berílio-8 - Beryllium-8
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| Em geral | |
|---|---|
| Símbolo | 8 Be |
| Nomes | berílio-8, Be-8 |
| Prótons | 4 |
| Nêutrons | 4 |
| Dados de nuclídeo | |
| Abundância natural | 0 (extinto) |
| Meia-vida | 8,19 (37) × 10 −17 s |
| Produtos decadentes | 4 ele |
| Massa isotópica | 8,00530510 (4) u |
| Rodar | 0 |
| Modos de deterioração | |
| Modo de decaimento | Energia de decaimento ( MeV ) |
| α | (91,84 ± 4) × 10 −3 |
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Isótopos de berílio Tabela completa de nuclídeos | |
Berílio-8 ( 8 Be , Be-8 ) é um radionuclídeo com 4 nêutrons e 4 prótons . É uma ressonância não ligada e nominalmente um isótopo de berílio . Ele decai em duas partículas alfa com meia-vida da ordem de 10 −16 segundos; isso tem ramificações importantes na nucleossíntese estelar , pois cria um gargalo na criação de elementos químicos mais pesados . As propriedades do 8 Be também levaram a especulações sobre o ajuste fino do Universo , e as investigações teóricas sobre a evolução cosmológica do 8 Be foram estáveis.
Descoberta
A descoberta do berílio-8 ocorreu logo após a construção do primeiro acelerador de partículas em 1932. Os físicos britânicos John Douglas Cockcroft e Ernest Walton realizaram seu primeiro experimento com seu acelerador no Laboratório Cavendish em Cambridge , no qual irradiaram lítio-7 com prótons . Eles relataram que isso povoou um núcleo com A = 8 que quase instantaneamente decai em duas partículas alfa. Essa atividade foi observada novamente vários meses depois, e inferiu-se que se originava de 8 Be.
Propriedades
O berílio-8 não está ligado em relação à emissão alfa de 92 keV; é uma ressonância com largura de 6 eV. O núcleo do hélio-4 é particularmente estável, tendo uma configuração duplamente mágica e maior energia de ligação por núcleo do que 8 Be. Como a energia total de 8 Be é maior que a de duas partículas alfa , o decaimento em duas partículas alfa é energeticamente favorável, e a síntese de 8 Be a partir de dois núcleos de 4 He é endotérmica. A decadência do 8 Be é facilitada pela estrutura do núcleo 8 Be; é altamente deformado e acredita-se que seja um aglomerado semelhante a uma molécula de duas partículas alfa que são facilmente separadas. Além disso, enquanto outros alfa nuclídeos têm ressonâncias semelhantes de curta duração, 8 Be excepcionalmente já está no estado fundamental . O sistema não ligado de duas partículas α tem uma baixa energia da barreira de Coulomb , o que permite sua existência por qualquer período de tempo significativo. A saber, 8 Be decai com meia-vida de 8,19 × 10 −17 segundos.
8 Be também tem vários estados de excitação. Essas também são ressonâncias de curta duração, com larguras de até vários MeV e isospins variáveis , que decaem rapidamente para o estado fundamental ou em duas partículas alfa.
Anomalia de decomposição e possível quinta força
Um experimento de 2015 por Attila Krasznahorkay et al. no Instituto de Pesquisa Nuclear da Academia Húngara de Ciências encontrou decaimentos anômalos nos estados excitados de 17,64 e 18,15 MeV de 8 Be, povoados por irradiação de prótons de 7 Li. Um excesso de decaimentos criando pares elétron - pósitron em um ângulo de 140 ° com uma energia combinada de 17 MeV foi observado. Jonathan Feng et al. atribuem esta anomalia de 6.8- σ a um bóson X protofóbico de 17 MeV apelidado de partícula X17 . Este bóson mediaria uma quinta força fundamental atuando em um curto intervalo (12 fm ) e talvez explicasse a decadência desses 8 estados excitados de Be. Uma repetição deste experimento em 2018 encontrou o mesmo espalhamento de partículas anômalo e definiu uma faixa de massa mais estreita do quinto bóson proposto,17,01 ± 0,16 MeV / c 2 . Embora mais experimentos sejam necessários para corroborar essas observações, a influência de um quinto bóson foi proposta como "a possibilidade mais direta".
Papel na nucleossíntese estelar
Na nucleossíntese estelar , dois núcleos de hélio-4 podem colidir e se fundir em um único núcleo de berílio-8. Berílio-8 tem uma meia-vida extremamente curta (8,19 x 10 -17 segundos), e decai trás em duas hélio-4 núcleos. Isso, junto com a natureza não ligada de 5 He e 5 Li, cria um gargalo na nucleossíntese do Big Bang e na nucleossíntese estelar , pois requer uma taxa de reação muito rápida. Isso impede a formação de elementos mais pesados no primeiro e limita o rendimento no último processo. Se o berílio-8 colide com um núcleo de hélio-4 antes de se decompor, eles podem se fundir em um núcleo de carbono-12 . Esta reação foi teorizada pela primeira vez de forma independente por Öpik e Salpeter no início dos anos 1950.
Devido à instabilidade do 8 Be, o processo triplo-alfa é a única reação em que 12 C e elementos mais pesados podem ser produzidos em quantidades observadas. O processo triplo-alfa, apesar de ser uma reação de três corpos, é facilitado quando a produção de 8 Be aumenta de tal forma que sua concentração é de aproximadamente 10 −8 em relação a 4 He; isso ocorre quando 8 Be é produzido mais rápido do que decai. No entanto, isso por si só é insuficiente, já que a colisão entre 8 Be e 4 He tem mais probabilidade de quebrar o sistema em vez de permitir a fusão; a taxa de reação ainda não seria rápida o suficiente para explicar a abundância observada de 12 C. Em 1954, Fred Hoyle postulou a existência de uma ressonância no carbono-12 na região de energia estelar do processo triplo-alfa, aumentando a criação de carbono-12, apesar da meia-vida extremamente curta do berílio-8. A existência dessa ressonância (o estado de Hoyle ) foi confirmada experimentalmente logo depois; sua descoberta foi citada em formulações do princípio antrópico e na hipótese do universo ajustado.
Universos hipotéticos com 8 Be estável
Como o berílio-8 não está ligado por apenas 92 keV, teoriza-se que mudanças muito pequenas no potencial nuclear e o ajuste fino de certas constantes (como α, a constante de estrutura fina ) poderiam aumentar suficientemente a energia de ligação de 8 Be para evitar seu alfa decai, tornando-o estável . Isso levou a investigações de cenários hipotéticos em que 8 Be é estável e especulações sobre outros universos com diferentes constantes fundamentais. Esses estudos sugerem que o desaparecimento do gargalo criado pelo 8 Be resultaria em um mecanismo de reação muito diferente na nucleossíntese do Big Bang e no processo triplo-alfa, além de alterar a abundância de elementos químicos mais pesados. Como a nucleossíntese do Big Bang ocorreu apenas em um curto período com as condições necessárias, pensa-se que não haveria diferença significativa na produção de carbono mesmo se 8 Be fosse estável. No entanto, 8 Be estável permitiria vias de reação alternativas na queima de hélio (como 8 Be + 4 He e 8 Be + 8 Be; constituindo uma fase de "queima de berílio") e possivelmente afetaria a abundância do 12 C, 16 O resultante , e núcleos mais pesados, embora 1 H e 4 He continuem sendo os nuclídeos mais abundantes. Isso também afetaria a evolução estelar por meio de um início mais precoce e de uma taxa mais rápida de queima de hélio (e queima de berílio) e resultaria em uma sequência principal diferente do nosso Universo.
Notas
Referências