Um dois mais precisos cálculos da física nuclear

por vova Sáb 18 Fev 2023, 21:32

O momento magnético dos núcleos atômicos é a única propriedade nuclear através da qual se pode aferir, com segurança, o quanto um modelo teórico de núcleo atômico se aproxima da real estrutura dos núcleos existentes na Natureza.

Isso decorre do fato de que, qualquer mínima diferença (que haja entre a estrutura do modelo teórico e a real estrutura existente na Natureza) repercute em grande diferença entre o valor calculado pelo modelo teórico e o valor medido por experiências.

No caso dos núcleos leves, todos os modelos teóricos da física nuclear atual falharam em obter bons resultados no cálculo do momento magnético. E esse fracasso decorre pelo seguinte fato:

Nos núcleos leves não predomina o

comportamento estatístico da distribuição

dos nucleons (prótons e nêutrons) dentro do núcleo

À medida que cresce a quantidade de prótons e nêutrons, começa a crescer o comportamento estatístico, e começa a crescer a tendência do resultado do cálculo do momento magnético se aproximar do valor medido em experiências.

Em alguns casos, como consequência de não haver predomínio do comportamento estatístico nos núcleos leves, até o spin nuclear teórico diverge do valor obtido por experiências. O caso de maior divergência ocorre com o 5B10, cujo spin nuclear (segundo os modelos nucleares da física nuclear atual) deveria ser 1, mas as experiências detectaram que o spin nuclear do 5B10 tem valor 3.

Essa diferença entre o que é previsto pelos modelos atuais da física nuclear (no que se refere aos núcleos leves) decorre do fato de que a distribuição de prótons e nêutrons do modelo teórico é completamente diferente da distribuição existente na Natureza.

No meu livro Quantum Ring Theory, publicado em 2006, é proposto o modelo nuclear em que um 2He4 ocupa o centro do núcleo. Na figura 1 se vê a estrutura do ₅B¹⁰. Conforme se vê, no ₅B¹⁰ o 2He4 não é central, ele ocupa a parte de baixo do núcleo, e isso explica por que esse núcleo é tão exótico, e se comporta de maneira totalmente diversa do que é esperado dos modelos nucleares atuais.

Figura 1

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Outro fenômeno nuclear intrigante é que, pela predominância da distribuição estatística, pelos modelos da física nuclear atual o momento quadrupolar elétrico do ₇N¹⁴ deveria ser maior do que o do ₅B¹⁰.

A figura 2 ilustra do que se trata o momento quadrupolar elétrico Q(b).

Figura 2

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A figura 3 compara como deveriam ser os formatos do ₅B¹⁰ e do ₇N¹⁴:

· Na esquerda como seriam seus formatos, segundo a física nuclear atual.
· Na direita, como as experiências detectaram

Figura 3

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Os valores medidos nas experiências foram esses:
Q(b)_5B10 = +0,0847
Q(b)_7N14 = +0,02

Ou seja, ao invés de ser menor, conforme previsto pela teoria nuclear vigente, o Q(b)_5B10 é oito vezes maior do que o Q(b)_7N14.

No meu livro The New Nuclear Physics, a ser publicado em breve na Inglaterra, são calculados com sucesso os momentos magnéticos do Q(b)_5B10 e do Q(b)_5B10. E, a partir da mesma estrutura com que que foram calculados os momentos magnéticos, também são calculados os momentos quadrupolares Q(b)_5B10 e Q(b)_7N14, conforme se vê na figura 4.

Figura 4

Somente a partir de um novo modelo nuclear

(no qual a simetria não desempenha uma regra fundamental

para a distribuição de prótons e nêutrons),

pode-se encontrar a distribuição real de núcleons em 5B10,

que promove para o boro-10 um momento quadrupolo elétrico

quatro vezes maior que o do nitrogênio-14.

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Portanto, a partir das mesmas estruturas do Q(b)_5B10 e Q(b)_7N14, vistas na figura 4, são calculados no livro The New Nuclear Physics tanto os momentos magnéticos quanto os momentos quadrupolares desses dois núcleos. Uma façanha dessa é difícil de se obter da física nuclear vigente. Pois para muitos núcleos leves, quando se usa um modelo para calcular o momento magnético, e a seguir usam o mesmo modelo para obter o momento de quadrupolo elétrico, o cálculo falha.

Dos núcleos leves, o que tem a estrutura mais simples é o lítio-6, porque ele tem apenas o 2He4 e o dêuteron que gira em torno do eixo-Z. E por ser tão simples, esse é o motivo pelo qual o cálculo do seu momento magnético é um dos cálculos mais precisos da física nuclear, conforme veremos a seguir.

Cálculo do momento magnético do lítio-6

No meu livro Subtle is the Math são apresentados 16 artigos, entre os quais dois artigos publicados no peer-review jornal Physics Essays. O Anexo a seguir está exposto no final do artigo número 3, intitulado "Calculation of proton’s radius from the well-known equation α = Ke²/ħc".

ANEXO

Foi dito no artigo acima exposto que o cálculo do momento magnético de 3Li6, através da equação α = Ke²/ħc, está entre os cálculos mais precisos da física. A fim de mostrar ao leitor um dos procedimentos de cálculo de momentos magnéticos utilizados no livro The New Nuclear Physics, a seguir é reproduzido o cálculo para 3Li6, que foi o primeiro feito por mim, com a equação α = Ke²/ ħc, quando estava de férias no final de dezembro de 2018, na praia de Cabo Frio, cidade próxima ao Rio de Janeiro.

Cálculo do momento magnético de 3Li6

Da estrutura 3Li6 mostrada no Print 1, o dêuteron se move com raio de órbita R_1H2 ao redor do eixo Z. A rotação do próton, responsável pelo seu spin ½, é anti-horária, induz momento magnético positivo, μ = +2,793 μN. Como o movimento do próton em torno do eixo Z é no sentido horário, sua rotação induz um momento magnético negativo.

Print 1.

Cálculo do momento magnético para 3Li6.

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O momento magnético total do lítio-6 tem dois componentes:

1- Primeira componente- Momento magnético intrínseco do dêuteron, m= +0,857 μN.

2- Segunda componente- Momento magnético causado pela carga do próton movendo-se ao redor do eixo Z, que é negativo.

A energia do defeito de massa é compartilhada por seis núcleons, três prótons e três nêutrons. Mas a rotação do nêutron em torno do eixo Z não contribui para o momento magnético de 3Li6, porque o nêutron não tem carga. Apenas o próton contribui. Portanto, para o cálculo do momento magnético do 3Li6, a energia do defeito de massa deve ser dividida por seis, que é a parcela absorvida pelo próton. À frente é calculado o momento magnético devido à órbita do próton em torno do eixo Z.

O lítio-6 tem massa isotópica 6,0151229 u, veja a célula E2 do Print 1. O defeito de massa, na unidade u, visto na célula E3, é convertido para kg na célula E4, calculado na Eq. 1.

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O raio da órbita do deuteron movendo-se ao redor do eixo Z é calculado na célula E8, a partir de α = Ke²/ħc, a lei de Coulomb e a força centrípeta no deuteron, como segue:

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O raio R= 7,08473x10^-17 m não é o raio real da órbita, porque dentro dos núcleos atômicos a constante de permeabilidade m_o não é igual à do vácuo, como considerado na física nuclear atual, mas na verdade é duas ordens de grandeza maior do que no vácuo, conforme calculado no livro The New Nuclear Physics, onde é discutida essa questão do raio R= 7,08473x10^-17, obtido através da equação α = Ke²/ ħc.

Como a rotação do dêuteron em torno do eixo Z, visto no Print 1, é negativa e, portanto, contrária à direção da rotação do spin intrínseco do próton dentro da estrutura do deutério, então o momento magnético induzido pela rotação do deuteron a carga do próton é negativa, e seu valor é calculado com a equação de Bohr, a partir da rotação do deuteron em torno do eixo Z, onde a velocidade foi calculada na Eq. 3, e o raio da órbita na Eq. 5.

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Não há como saber qual é a diferença do experimental, pois em 1967 foi medido o valor +0,822567(3), e +0,8220473(6) em 1974. Então, pode-se considerar que não há diferença com o experimental, uma vez que o valor teórico está situado entre as duas medições.

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