Os Neutrinos.

Alguns meses atrás, cientistas usaram IceCube, um  observatório de neutrinos localizado Antártida, para descobrir dois neutrinos de alta energia – chamados Bert e Ernie – que pareciam ter se originado a partir de fora do nosso sistema solar. A equipe do IceCube ainda não tem certeza de onde os neutrinos vieram (possíveis fontes: os buracos negros e explosões de raios gama), mas eles tem 99% de certeza que as partículas não foram produzidas localmente a partir de raios cósmicos batendo na atmosfera – uma comum fonte de neutrinos de alta energia na Terra.

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Um mês depois, o mesmo grupo de cientistas anunciou a detecção de mais de duas dezenas de neutrinos mais energéticos. No sentido mais básico, os neutrinos são partículas subatômicas elementares que quase não têm massa e podem viajar grandes distâncias sem interagir com a matéria normal. “Eles podem passar por anos-luz de chumbo sem parar”, diz Nathan Whitehorn, um físico do IceCube e da Universidade de Wisconsin-Madison.  Na verdade, trilhões de neutrinos estão passando por você a cada segundo. Neutrinos devem seus poderes fantasmas ao fato de que eles não têm carga elétrica (não se incomodam com as forças eletromagnéticas) e só são afetados pela força nuclear fraca, que trabalha em intervalos muito curtos, e da gravidade, que é bastante fraca em escalas subatômicas.

O famoso físico Wolfgang Pauli propôs inicialmente o conceito do neutrino em 1930 para explicar o que acontece quando o trítio (um isótopo do hidrogênio) sofre decaimento beta. Quando o trítio decai em hélio-3, um elétron também é liberado, liberando um pouco da energia. Mas os cientistas notaram que a equação foi desequilibrada – o trítio tinha mais energia do que seu produto de decaimento resultante, sugerindo que uma partícula invisível deveria carregar energia adicional.

Pauli inicialmente pensou chamar essa misteriosa partícula de “nêutrons”, mas isso levou a uma confusão quando James Chadwick descobriu uma partícula nuclear em 1932 e a nomeou de nêutron. Logo depois, Enrico Fermi desenvolveu uma teoria de decaimento beta, que incluiu a partícula invisível de Pauli – ele decidiu chamar a nova partícula de neutrino, ou “aquele neutro”.

Desde então, os cientistas descobriram algumas propriedades estranhas dos neutrinos. Ele existem em vários tipos diferentes, ou sabores,  que são assim chamados pela partícula carregada que está associada. Cowan e Reines detectaram o neutrino (tecnicamente, o antineutrino do elétron), o qual está relacionado com o do eletrón, mas também há neutrinos do múon e tau, que estão associados com o múon e tau, respectivamente.

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Curiosamente, os neutrinos podem oscilar ou mudar de sabores em pleno voo. Essa capacidade ímpar foi sugerida pela primeira vez em um trabalho do físico Ray Davis Jr., em 1960. Cientistas calcularam quantos neutrinos o Sol deve produzir, mas Davis só detectou uma fração das partículas que esperava encontrar – essa discrepância foi mais tarde chamada de “o problema do neutrino solar”, e durou cerca de 40 anos.

Os neutrinos estavam apenas movendo-se em um tipo que os físicos não podiam ver. Ou seja, os neutrinos oscilam em neutrinos do múon e tau, mas os detectores eram sensíveis apenas ao neutrinos de elétrons.

Existem inúmeras fontes de neutrinos no universo, tanto no espaço quanto na Terra. “Onde quer que haja a física nuclear, existem neutrinos”, disse o principal investigador do IceCube, Francis Halzen. “Neutrinos são as ligações que fazem a física nuclear possível.”

Por exemplo, você já sabe que os neutrinos são produzidos pelo Sol e por outras estrelas. Eles são o subproduto da fusão nuclear, o qual envolve a fusão de dois prótons (átomos de hidrogênio) para formar um deutério, liberando um pósitron (antipartícula do elétron) e um neutrino ao mesmo tempo. Estrelas de alta massa terminam suas vidas em explosões de supernovas, que também produzem neutrinos.

Antes da explosão, a estrela colapsa sobre si mesma, forçando os prótons a se combinar com os elétrons, formando nêutrons e neutrinos de elétrons. Eventualmente, um núcleo de nêutrons se formará no centro da estrela moribunda – enquanto esfria, ela libera pares de neutrino-antineutrino de todos os sabores.

Os cientistas também acreditam que toneladas de neutrinos foram criadas durante o Big Bang, que devem ter fo0rmado um “fundo cósmico de neutrinos” similar à radiação cósmica de fundo em microondas. Estas partículas, no entanto, são pensadas para ter energias muito baixas para serem detectadas com os atuais detectores de neutrinos. “Algumas outras fontes astrofísicas de neutrinos poderiam ser buracos negros no centro de galáxias ativas, explosões de raios gama e, potencialmente, algumas regiões de formação estelar em galáxias”, acrescenta Halzen.Existem várias fontes de neutrinos aqui na Terra. Em termos de fontes artificiais, os reatores nucleares produzem antineutrinos de elétrons por meio do decaimento beta, enquanto os aceleradores de partículas produzem neutrinos de sabores diferentes disparando prótons em alvos.

O decaimento natural de certos elementos radioativos – potássio-40, urânio-238 e tório-232 – também geram antineutrinos, que são às vezes chamados de geoneutrinos. Há também uma fonte surpreendente de neutrinos na Terra: os nossos corpos. Você os produz o tempo todo quando o potássio no corpo se decompõe em neutrinos.A mais intensa fonte de neutrinos locais, especialmente os neutrinos de alta energia, são os raios cósmicos (que na verdade são partículas de alta energia) que se colidem com a atmosfera da Terra. Quando prótons de alta energia interagem com as moléculas na atmosfera, eles formam uma chuva de minúsculas partículas. A decadência de píons para múons e neutrinos do múon, por sua vez, decaem em elétrons, neutrinos do múon e neutrinos do elétron.Assim como existem várias fontes de neutrinos na Terra, há uma série de projetos que procuram detectar e aprender mais sobre essas partículas vindas do espaço. Neutrinos são invisíveis, por isso os cientistas só podem detectá-los indiretamente quando interagem com outras matérias. Como você pode imaginar, isso não é fácil, considerando o fato de que os neutrinos são eletricamente neutros.

A solução: coloque um monte de matéria em seu caminho e use um grande detector. Alguns detectores de neutrinos, tais como aqueles utilizados por Ray Davis Jr., consistem em grandes tanques cheios com soluções de cloro, tais como fluido de tetracloroetileno. Os cientistas podem detectar um neutrino quando ele cai em um núcleo de cloro, transformando-o em um núcleo de argônio.Vários outros detectores usam uma abordagem diferente – eles medem a radiação Cherenkov, uma espécie de estrondo sônico para a luz. Embora nada possa viajar mais rápido do que a velocidade da luz no vácuo, estas partículas carregadas podem viajar mais rápido do que a luz em um meio, tal como a água ou o gelo, criando um flash azul que os cientistas podem detectar.Halzen e Whitehorn identificam duas razões principais para o estudo dos neutrinos.

O primeiro tem a ver com as suas oscilações. Inicialmente, os cientistas acreditavam que os neutrinos não tinham massa – na verdade, no Modelo Padrão da Física de Partículas, os neutrinos não têm massa. “Mas você não pode ter oscilações sem massa”.“A massa dos neutrinos foi uma grande descoberta – a primeira falha no Modelo Padrão”, acrescenta Halzen.

“Todo mundo pensa que o neutrino é como o canário na mina de carvão que vai nos conduzir a partir do Modelo Padrão para o próximo modelo da física.”É importante notar que os cientistas ainda não sabem a massa de qualquer um dos sabores de neutrinos, só que suas massas são muito, mas muito pequenas. Estudar oscilações de neutrinos podem ajudar os cientistas a entender melhor a massa dos neutrinos e qual sabor é o mais pesado e qual é o mais leve.Neutrinos também são importantes porque permitem aos cientistas estudar grandes eventos astrônomicos.

O início da astronomia dos neutrinos pode ser rastreada até a SN 1987A – a famosa supernova na Grande Nuvem de Magalhães. Horas antes de a luz visível a partir da supernova alcançar a Terra, vários observatórios de neutrinos detectaram o evento.Além disso, os neutrinos – todos os 24 deles – deram aos astrônomos importantes percepções sobre as supernovas. “O modelo é que se forma uma estrela de nêutrons a partir do colapso do núcleo”, disse Whitehorn. “Os neutrinos deram a única evidência direta sobre isso. Neutrinos são a forma ideal para estudar o universo violento.”O projeto IceCube está tentando descobrir mais neutrinos extra-solares.

Os neutrinos Bert e Ernie eram 100 milhões de vezes mais energéticos do que os neutrinos de supernovas e milhares de vezes mais energéticos do que os neutrinos produzidos em aceleradores.Em última análise, os cientistas esperam que os neutrinos os ajudarão a entender melhor as origens dos raios cósmicos de alta energia, que são um mistério. Basicamente, qualquer coisa que pudesse produzir raios cósmicos também iriam produzir estes neutrinos de alta energia.

Então, eles estão agora tentando rastrear os neutrinos de volta à sua fonte – uma tarefa que deve ser mais fácil do que remontar raios cósmicos porque neutrinos viajam em linha reta, sem se perturbar por fortes campos magnéticos.

Fonte: http://misteriosdomundo.com

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