How big is Núcleo de hélio?

Um núcleo de hélio é o centro de um átomo de hélio, formado por dois prótons e dois nêutrons. Tem cerca de 3,4 femtômetros de largura, medido como o dobro de seu raio de carga, o raio médio de sua carga elétrica. Um femtômetro é um milionésimo de um bilionésimo de metro (10⁻¹⁵ metros). Um núcleo de hélio também é chamado de partícula alfa.

Tamanho

Um núcleo não tem uma borda rígida, por isso seu tamanho é dado como um raio de carga. Para o núcleo de hélio, o valor recomendado listado pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos Estados Unidos (NIST) é 1,6785 femtômetros. Isso equivale a um diâmetro de 3,36 femtômetros.

A medição mais precisa usou núcleos de hélio orbitados por um único múon, em vez de dois elétrons. Um múon é uma partícula parecida com um elétron, mas cerca de 200 vezes mais pesada. O resultado, relatado em 2021 por uma equipe do Instituto Paul Scherrer, na Suíça, foi 1,67824 femtômetros. Ele concorda com experimentos anteriores que dispararam elétrons contra núcleos de hélio, e é 4,8 vezes mais preciso.

O núcleo de hélio é incomumente compacto. Ele é até menor que o núcleo do deutério, uma forma pesada de hidrogênio, que tem apenas um próton e um nêutron.

Comparações de tamanho

Um núcleo de hélio tem cerca do dobro da largura de um único próton, que tem cerca de 1,7 femtômetros de largura, e tem cerca de quatro vezes a massa.
Um núcleo de urânio tem cerca de 60 vezes mais prótons e nêutrons que um núcleo de hélio, mas é apenas cerca de 3,5 vezes mais largo.
Se um núcleo de hélio fosse ampliado ao tamanho de uma bola de basquete, um átomo de hidrogênio na mesma escala teria cerca de 7,6 quilômetros de largura.
Cerca de 30 bilhões de núcleos de hélio colocados lado a lado cobririam a largura de um fio de cabelo humano, cerca de 0,1 milímetro.

Partículas alfa

Muitos átomos radioativos pesados, incluindo os três tipos de urânio encontrados na natureza, se decompõem lançando um núcleo de hélio. Isso é chamado de decaimento alfa. O hélio é leve demais para que a gravidade da Terra o mantenha na atmosfera ao longo de bilhões de anos. O hélio presente no ar vem quase inteiramente do decaimento alfa no interior sólido da Terra.

As partículas alfa estiveram entre as primeiras ferramentas da física nuclear. Em 1919, Ernest Rutherford as disparou contra o nitrogênio e arrancou prótons de seus núcleos. Em 1930, partículas alfa disparadas contra o metal berílio provocaram uma radiação penetrante, que James Chadwick mostrou, em 1932, ser formada por nêutrons.

Batizado com o nome do Sol

O hélio foi encontrado no Sol antes de ser encontrado na Terra. Em 1868, o astrônomo francês Pierre Janssen o detectou na luz do Sol durante um eclipse solar. O astrônomo inglês Joseph Norman Lockyer o encontrou de forma independente e o batizou com a palavra grega para o Sol, "helios". Em 1895, o químico escocês William Ramsay encontrou hélio na Terra, em um mineral de urânio chamado cleveíta.