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Isto veio do espaço profundo, movendo-se na velocidade da luz, e colidiu com a Antártida. Nas profundezas do gelo, encontrou seu fim. Não technology um asteroide ou espaçonave alienígena, mas uma partícula que raramente interage com a matéria, conhecida como neutrino.
Embora teorizado na década de 1930 e detectado pela primeira vez na década de 1950, os neutrinos mantêm uma air of secrecy misteriosa e são frequentemente apelidados de “partículas fantasmas” – eles não são assustadores ou perigosos, mas simplesmente passam pela Terra sem que percebamos. Ah, “e é um nome felony”, de acordo com o astrofísico Clancy James, da Curtin College, na Austrália Ocidental.
Nos últimos anos, as partículas fantasmas têm feito manchetes por todos os tipos de razões e não apenas porque têm um nome felony. Essa colisão na Antártida foi atribuída a um buraco negro que destruiu uma estrela, por exemplo, e outros neutrinos parecem vir do sol. No início de 2022, os físicos conseguiram determinar diretamente a massa aproximada de um neutrino – uma descoberta que poderia ajudar a descobrir novas físicas ou quebrar as regras do Modelo Padrão.
Believe se realmente capturássemos um fantasma e pudéssemos dizer que o espectro technology de alguém que morreu. Isso mudaria tudo o que sabemos sobre o universo. Um fantasma partícula é praticamente um grande negócio pela mesma razão, e é por isso que os astrofísicos estão tentando prendê-los. Eles estão animados, e eis por que você deveria estar também.
O observatório IceCube na Antártida.
O que é um neutrino?
Em poucas palavras, um neutrino é uma partícula subatômica basic. De acordo com o Modelo Padrão da física de partículas, é classificado como um “lépton”. Outros léptons incluem elétrons, as partículas carregadas negativamente que compõem os átomos, com prótons e nêutrons. Mas veja, se entrarmos em tudo isso, vamos nos aprofundar muito na física de partículas e isso vai explodir nossos cérebros.
O neutrino é único porque tem uma massa muito pequena e nenhuma carga elétrica e é encontrado em todo o universo. “Eles são feitos no sol, em reatores nucleares e quando raios cósmicos de alta energia colidem com a atmosfera da Terra”, diz Eric Thrane, astrofísico da Universidade Monash, na Austrália. Eles também são feitos por alguns dos objetos mais extremos e poderosos que conhecemos, como buracos negros supermassivos e estrelas explosivas, e também foram produzidos no início do universo: o Giant Bang.
Como a luz, eles viajam basicamente em linha reta de onde foram criados no espaço. Outras partículas carregadas estão à mercê dos campos magnéticos, mas os neutrinos simplesmente atravessam o cosmos sem impedimentos; uma bala fantasmagórica disparada de uma arma cósmica monstruosa.
E, enquanto você lê isso, trilhões deles estão passando pela Terra e direto através de você.
Eles estão batendo em mim agora?
Sim, exatamente. A cada segundo de cada dia desde o dia em que você nasceu, os neutrinos estão se movendo pelo seu corpo. Você simplesmente não sabe porque eles interagem com quase nada. Eles não se chocam com os átomos que o compõem, então você nem sabe que eles estão lá. Assim como um espírito sombrio passando por uma parede, o neutrino se transfer através dela. Felizmente, não é necessário exorcismo.
Mas por que european deveria me preocupar com neutrinos?
Estudá-los por décadas foi uma surpresa para os cientistas. Sob o modelo padrão, os neutrinos não devem ter massa. Mas eles fazem. “O fato de eles nos apontarem para uma nova física para melhorar nossa compreensão do universo”, observa James.
O quebra-cabeça da massa de neutrinos veio à tona na década de 1960. Os cientistas sugeriram que o sol deveria estar produzindo o que é conhecido como neutrinos de elétrons, um tipo explicit de partícula subatômica. Mas não technology. Este “problema dos neutrinos solares” levou a uma descoberta revolucionária: que os neutrinos podem mudar sabor.
Como um saco quase vazio de Mentos, a partícula fantasma vem em apenas três sabores distintos – elétron, múon e tau – e eles podem mudar de sabor à medida que se movem pelo espaço (sabor é a terminologia actual, não estou fazendo isso para esta analogia). Por exemplo, um neutrino do elétron pode ser produzido pelo sol e depois ser detectado como um neutrino do múon.
E tal mudança implica que o neutrino tem massa. A física nos diz que eles não poderiam mudar o sabor se não tivessem massa. Agora os esforços de pesquisa estão focados em elucidar o que é a massa.
Em um estudo publicado na prestigiosa revista Nature em fevereiro de 2022, pesquisadores revelaram a massa de um neutrino ser incrivelmente pequena (mas definitivamente lá). Os físicos foram capazes de mostrar diretamente, usando um detector de neutrinos na Alemanha, que a massa máxima de um neutrino é de cerca de oito décimos de um elétron-volt (eV). Essa é uma massa insondavelmente minúscula, mais de um milhão de vezes “mais leve” que um elétron.
A aparência de um caçador de fantasmas: O espectrômetro primary do Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment (KATRIN) é manobrado por uma estrada no sul da Alemanha.
Espere! Um detector de neutrinos? Mas não são… partículas fantasmas? Como detectar neutrinos?
Como observa James, “as malditas coisas passam principalmente por qualquer detector que você construa!”
Mas há várias maneiras de prender um fantasma.
Um dos principais ingredientes que você precisa é o espaço. Espaço físico, subterrâneo profundo. Para ótimos resultados, os cientistas construíram seus detectores de neutrinos sob metros de gelo na Antártida e assim por diante, no fundo do oceano. Isso ajuda a manter os dados limpos de qualquer interferência de coisas como raios cósmicos, que bombardeiam os detectores sensíveis na superfície. O detector na Antártida, conhecido como IceCube, está enterrado a cerca de 8.000 pés em linha reta.
“Aprisionar” uma partícula fantasma pode não ser a melhor terminologia para o que esses detectores estão fazendo. IceCube, por exemplo, não mantém nenhum neutrino prisioneiro. A maioria das partículas explode diretamente através do detector. Mas no caminho, algumas muito (muito!) raramente interagem com o gelo da Antártida e produzem uma chuva de partículas secundárias emitindo um tipo de luz azul conhecida como radiação Cherenkov. Uma série de módulos esféricos sensíveis à luz, dispostos verticalmente como contas em uma corda, captam a luz que essas partículas emitem. Um detector semelhante existe no Japão: Tremendous-Kamiokande. Isso united states um tanque de 55.000 toneladas de água em vez de gelo e está enterrado sob o Monte Ikeno.
Ambos são capazes de detectar de qual direção o neutrino veio e seu sabor. E assim, os físicos podem ver sinais de que a partícula fantasma estava lá, mas não a própria partícula fantasma. É como um poltergeist – você pode ver a maneira como ele interage com cadeiras (jogando-as em você) e luzes (ligando e desligando ameaçadoramente), mas você não pode ver o fantasma em si. Assustador!
O sol é conhecido por produzir um tipo específico de neutrino
Excelente. Então, o que podemos aprender com os neutrinos?
Os neutrinos são uma partícula basic em nosso universo, o que significa que estão subjacentes, de alguma forma, a tudo o que existe. Aprender mais sobre neutrinos ajudará a desvendar alguns dos mistérios da física.
“Os físicos de partículas estudam os neutrinos para procurar pistas para a física além do Modelo Padrão”, diz Thrane. Ele observa que os físicos querem entender se os neutrinos violam algumas das leis fundamentais do Modelo Padrão. “Isso pode esclarecer por que há mais matéria do que antimatéria no Universo”, diz Thrane, observando que o problema foi referido como um dos grandes mistérios da física.
Também sabemos que objetos e eventos cósmicos extremos podem produzi-los. Por exemplo, estrelas explosivas, ou supernovas, são conhecidas por criar neutrinos e dispará-los pelo universo. Assim como os buracos negros supermassivos mastigando gás, poeira e estrelas.
“A detecção de neutrinos nos diz sobre o que está acontecendo nesses objetos”, diz James.
Como eles dificilmente interagem com a matéria circundante, poderíamos usar neutrinos para ver esses tipos de objetos e entendê-los em regiões do universo que não podemos estudar com outros comprimentos de onda eletromagnéticos (como luz óptica, UV e rádio). Por exemplo, os cientistas podem espiar o coração da By the use of Láctea, que é difícil de observar em outros comprimentos de onda eletromagnéticos porque nossa visão sofre interferência de gás e poeira.
Detecção e rastreamento confiáveis podem estimular uma revolução astronômica semelhante à que estamos vendo atualmente com ondas gravitacionais. Essencialmente, os neutrinos podem nos dar um novo olhar sobre o cosmos, complementando nosso conjunto existente de telescópios e detectores para revelar o que está acontecendo no vazio.
E depois há neutrinos “estéreis” que…
Oh Deus. O que são neutrinos estéreis?
Ecu provavelmente deveria ter mantido isso em segredo, mas já que você está aqui, neutrinos estéreis são uma outra classe de neutrinos. Eles são inteiramente teóricos, mas os cientistas pensam que provavelmente existem por causa de uma característica da física conhecida como quiralidade. Essencialmente, os neutrinos normais que discutimos são o que alguns chamam de “canhotos”. Assim, alguns físicos pensam que pode haver neutrinos “destros” – neutrinos estéreis.
Eles lhes dão esse nome porque não interagem com outras partículas por meio da força fraca, como os neutrinos normais. Eles interagem apenas através da gravidade. Esses tipos de neutrinos são considerados candidatos à matéria escura, o subject matter que compõe mais de um 4to do universo, mas que nunca vimos.
Isso significa que os neutrinos também podem ajudar a responder a outro enigma irritante da física: o que, exatamente, é a matéria escura? Existem muitos candidatos à matéria escura teorizados pelos físicos, e ainda há muito a aprender – pode não estar relacionado aos neutrinos!
Os três sabores de neutrino e o neutrino “estéril” teórico.
Felony. Mais alguma coisa que european preciso saber sobre neutrinos?
Como Deborah Conway cantou uma vez: “É apenas o começo, mas european já fui e perdi a cabeça”.
Não entramos em algumas das teorias mais alucinantes sobre neutrinos, como o decaimento beta duplo sem neutrino e a ideia do neutrino como uma partícula de Majorana.
Vários novos experimentos de neutrinos foram propostos, incluindo o Large Radio Array for Neutrino Detection, ou GRAND, que veria até 200.000 receptores colocados. A área general da matriz é projetada para ter aproximadamente o mesmo tamanho da Grã-Bretanha. Espera-se que as primeiras 10.000 antenas sejam colocadas no planalto tibetano, perto da cidade de Dunhuang, Nos próximos anos.
Embora tenhamos sido capazes de detectar e rastrear apenas alguns neutrinos até agora, a próxima década deve ver a astronomia de neutrinos realmente decolar. A conclusão é que entender os neutrinos, seus sabores e massas fornecerá uma janela para a natureza basic do nosso universo.
E é sempre felony perseguir fantasmas.
Publicado originalmente em 17 de abril.
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Fonte da Notícia: www.cnet.com
