quinta-feira, 16 de abril de 2015

O que são neutrinos?

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.

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.



De onde os neutrinos vêm?

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.
Os cientistas também acreditam que toneladas de neutrinos foram criadas durante durante o Big Bang, que devem ter formado 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. 

Namaste!

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