HIAF estreia na física com 10 íons de háfnio-153, no limite da estabilidade nuclear

A China obteve o primeiro resultado de física divulgado pelo seu novo Acelerador de Íons Pesados de Alta Intensidade — o HIAF, na sigla em inglês. Durante a fase de comissionamento, cientistas produziram e identificaram apenas 10 íons de háfnio-153 (^153Hf), um isótopo extremamente raro e pobre em nêutrons, localizado próximo ao limite de estabilidade dos núcleos atômicos.

A estreia científica do HIAF

Localizado em Huizhou, na província de Guangdong, o HIAF iniciou as operações de teste em 21 de julho de 2026. A instalação foi projetada para produzir, separar e medir com alta precisão núcleos radioativos raros — uma tarefa essencial para mapear até onde a matéria nuclear pode existir antes de se tornar instável.

O estudo foi liderado pelo Instituto de Física Moderna da Academia Chinesa de Ciências, em colaboração com a Universidade da Academia Chinesa de Ciências, o GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research, a Universidade de Colônia, a Universidade de Tecnologia da China Oriental e o Laboratório de Ciência e Tecnologia de Energia Avançada de Guangdong. O trabalho foi publicado como uma comunicação breve na revista Science Bulletin.

Por que o háfnio-153 é importante?

O háfnio-153 pertence à região dos núcleos pesados com deficiência de nêutrons. Nesses átomos, o equilíbrio entre prótons e nêutrons fica cada vez mais difícil de manter, e a ligação entre as partículas pode se tornar muito frágil.

Antes do experimento, o ^153Hf ainda não havia sido relatado. Confirmar sua existência e medir sua massa acrescenta um novo ponto de referência para os modelos que tentam descrever a estrutura dos núcleos e prever quais isótopos podem existir.

Os dados indicam que o háfnio-153 é um núcleo ligado ou fracamente ligado, em concordância com as previsões de diversos modelos de massa nuclear. Isso não resolve todas as questões sobre o isótopo, mas oferece um teste experimental importante para teorias usadas justamente na previsão de núcleos difíceis — ou impossíveis, por enquanto — de observar diretamente.

Como os cientistas encontraram apenas 10 íons

O experimento começou com um feixe de bismuto-209, acelerado a 836,66 MeV por núcleon no anel acelerador Booster do HIAF. O feixe atingiu um alvo de grafite, provocando reações de fragmentação do projétil e criando uma mistura de núcleos radioativos.

A etapa seguinte foi separar o alvo em meio a uma grande quantidade de produtos mais comuns. A linha de feixe de íons radioativos de alta energia HIRIBL filtrou e transportou os fragmentos até o anel de armazenamento e espectrômetro SRing.

Detectores de tempo de voo ajudaram a distinguir os candidatos. Em seguida, a espectrometria de massas isócrona — uma técnica que permite medir a massa de íons individuais com grande precisão — identificou o háfnio-153. Ao todo, foram registrados 10 íons do isótopo.

O desafio não era apenas produzir o ^153Hf, mas reconhecê-lo entre muitos outros fragmentos. A seção de choque estimada da produção ficou na escala de picobarns, o que significa que o isótopo foi criado em uma taxa excepcionalmente baixa. Para tornar a identificação confiável, foi necessário combinar um feixe primário intenso, separação de fragmentos de alta resolução e um sistema de espectrometria sensível a íons individuais.

Observação independente no Japão

Quase simultaneamente, pesquisadores da instalação RIBF (Radioactive Isotope Beam Factory), do instituto japonês RIKEN, também relataram a observação do ^153Hf. Essa confirmação independente reforça a identificação do isótopo e reduz as incertezas que normalmente acompanham resultados baseados em apenas algumas detecções.

A concordância entre os dois experimentos dá aos físicos uma base mais sólida para comparar o háfnio-153 com previsões da teoria nuclear.

O que o resultado revela sobre o HIAF

A descoberta é, прежде de tudo, uma demonstração inicial de desempenho — não o ponto final do programa científico do HIAF. Ela mostra que o acelerador, a linha de transporte de feixes radioativos, os sistemas de separação e a medição de massas podem operar em conjunto para estudar núcleos raros e de vida curta.

Com o aumento da intensidade dos feixes e da eficiência experimental, o alcance das pesquisas do HIAF deverá crescer aproximadamente duas ordens de grandeza. Isso pode permitir a descoberta de novos isótopos, testes mais rigorosos de modelos de massa nuclear e medições de propriedades da matéria em condições cada vez mais extremas de desequilíbrio entre prótons e nêutrons.

Assim, o háfnio-153 importa por dois motivos: é um núcleo novo e extraordinariamente difícil de produzir e identificar, e sua observação mostra que o HIAF já está preparado para explorar as regiões menos conhecidas do mapa nuclear.