Pesquisas teóricas conduzidas por cientistas no Centro Nishina de Ciência Baseada em Aceleradores do RIKEN revelaram uma característica fundamental nos núcleos atômicos pesados: muitas dessas estruturas exibem formas triaxiais, assemelhando-se a amêndoas, em contraste com as formas alongadas, tipo bola de rúgbi, que eram o paradigma estabelecido.
Legendas: As ilustrações de átomos costumam representar o núcleo como uma esfera redonda formada por nêutrons e prótons
Esta descoberta representa uma reavaliação significativa do modelo tradicional de estrutura nuclear, formulado por Aage Bohr e Ben Mottelson durante a década de 1950. Embora o modelo de Bohr, proposto inicialmente em 1913, tenha sido um marco por incorporar conceitos quânticos, a nova pesquisa foca na morfologia do próprio núcleo, não nos elétrons orbitais. A implicação direta é que a rotação dos núcleos pode ocorrer em torno de dois eixos, e não apenas um, alterando a compreensão da dinâmica rotacional nuclear e influenciando a busca por elementos superpesados.
Takaharu Otsuka, cientista visitante no RIKEN, foi quem inicialmente questionou a suposição anterior, propondo que uma configuração mais natural para esses núcleos seria uma geometria ovalada com seções transversais triaxiais, uma hipótese que enfrentou resistência inicial na comunidade de físicos nucleares. Para validar essa nova perspectiva, Otsuka e seus colaboradores empregaram o supercomputador Fugaku, uma máquina desenvolvida pelo RIKEN e pela Fujitsu, para executar cálculos complexos e detalhados.
O Fugaku, que em junho de 2020 era o supercomputador mais rápido do mundo com uma capacidade de 442 petaflops, forneceu o poder computacional necessário para demonstrar que praticamente todos os núcleos pesados deformados elipsoidais manifestam essas geometrias triaxiais. Este avanço teórico está alinhado com as previsões do arcabouço da simetria proxy-SU(3), um modelo que tem sido revisado por sua capacidade de gerar previsões livres de parâmetros para variáveis coletivas de deformação, como beta e gama, em núcleos pares-pares.
A publicação dos resultados no periódico Physical Review C sinaliza uma mudança de paradigma que deve orientar futuras investigações sobre as propriedades de núcleos exóticos e as forças fundamentais que governam as estruturas atômicas. A capacidade do Fugaku, que utiliza processadores Fujitsu A64FX baseados na arquitetura ARM, de realizar tais simulações complexas sublinha a importância da infraestrutura de computação de ponta para avanços na física fundamental. A substituição do modelo de Bohr-Mottelson, que postulava formas de bola de rúgbi, pela realidade das formas de amêndoa, abre novas avenidas para a compreensão da estabilidade e da dinâmica interna da matéria nuclear pesada.