Espectroscopia gama e estados de alto spin

Atualmente uma das áreas de maior vitalidade em física nuclear é o estudo da estrutura de estados nucleares de alto momento angular ou alto spin. Grandes progressos têm ocorrido tanto do ponto de vista experimental, com o advento de espectrômetros gama e equipamentos auxiliares cada vez mais sofisticados, como teórico, com a formulação de modelos mais gerais e cálculos mais precisos. A riqueza da estrutura nuclear reside na correlação de efeitos de camada e coletivos que se apresenta extremamente variada em cada região da tabela de nuclídeos. Somente quanto à forma, os núcleos podem apresentar-se esféricos, prolatos, oblatos, triaxiais (vide[11,12,10,9,6,13], somente para citar alguns exemplos com participação dos autores deste projeto) ou superdeformados[19,59]. Quanto ao movimento coletivo podem vibrar ou rodar, apresentar-se superfluídicos ou normais[15]. Simetrias diversas podem ser preservadas ou quebradas [26]. Estes aspectos e o movimento quase-independente de núcleons de valência em órbitas específicas interrelacionam-se fortemente. Por exemplo, o modelo de Cranking [20,21], que considera a influência da rotação do campo médio nuclear deformado sobre as órbitas de quasi-partícula, permite a interpretação adequada de muitos fenômenos presentes em altos spins.

Tradicionalmente, os estados excitados com alto momento angular são produzidos em reações nucleares de fusão-evaporação com íons pesados, e as cascatas de transições gama a partir destes estados são observadas em linha com auxílio de detectores de Germânio Hiperpuro (GeHP) de alta resolução em energia e supressores Compton. Os espectrômetros atuais contam com grande número de detectores GeHP e sistemas de detecção ancilares, como detectores de partículas carregadas, espectrômetros de massa de recuo, detectores de nêutrons, filtros de multiplicidade etc. O objetivo destes equipamentos é isolar eventos de interesse produzidos na reação, do ``ruído'' intenso devido a todos os outros possíveis canais de saída, minimizando a perda de eficiência [44]. O maior sistema atualmente em operação é o GAMASPHERE, atualmente no Argonne National Laboratory, Argonne, EUA (www-gam.lbl.gov e www.phy.anl.gov/gammasphere/index.html), mas diversas instituições de pesquisa possuem equipamentos de menor porte com qualidade suficiente para produção de trabalhos de primeira linha (exs: CAESAR[60], Autralian National University, Autrália; GDA[61], Nuclear Science Centre, Nova Delhi, India; YrastBall[62], Yale University, EUA. Mais recentemente, novas técnicas de produção e detecção começam a ser utilizadas, com outros tipos de reações como a de fusão-fissão [4,7,22], transferências massivas, ou com feixes radioativos [23], e o desenvolvimento de sistemas de detectores multisegmentados (vide greta.lbl.gov e axpd30.pd.infn.it/MARS/), respectivamente. Estas inovações permitirão ampliar ainda mais as possibilidades de pesquisa desta área.

A lista de fenômenos interessantes que foram ou estão sendo estudados é muito extensa. Dentre os tópicos mais relevantes para o presente projeto destacamos a observação de algumas das previsões do modelo de Tilted Axis Cranking (TAC)[24], relacionadas à quebra da simetria direita-esquerda (quiralidade) no sistema nuclear intrínseco, em núcleos triaxiais [25], e a existência de bandas de rotação magnética, em núcleos quase-esféricos. A rotação magnética já foi observada experimentalmente em diversas regiões de massa (A$\approx$80, A$\approx$100,A$\approx$130, A$\approx$190)[35], e é prevista ainda em diversas outras. Bandas quirais, até o momento, foram aparentemente observadas somente na região de massa A$\approx$130 [32,33]. A medida de vidas médias, importantes para a confirmação das previsões, ainda não foi realizada. O objetivo mais importante do presente projeto é a investigação da região de massa A$\approx$100, onde também há previsão de bandas quirais, principalmente ao redor do núcleo de $^{106}$Ru[27]. No núcleo de $^{105}$Rh foram recentemente observadas bandas dipolares magnéticas, utilizando o espectrômetro gama Saci-Perere [1], e o acelerador Pelletron do Laboratório Aberto de Física Nuclear (LAFN), IFUSP-DFN. Propomos a investigação experimental, com as mesmas técnicas, dos núcleos vizinhos ao $^{105}$Rh, ainda relativamente pouco explorados.

Figura: O espectrômetro Saci-Perere na canalização 30A do acelerador Pelletron (LAFN).