Neutrino

Definição

Partícula elementar da matéria, fantasma ou camaleão, o neutrino pode estar um milhão de vezes mais presente no universo do que cada um dos constituintes dos átomos, mas continua a ser incrivelmente difícil de detectar.

O neutrino, que desde os anos 1960 intriga os físicos, é desprovido de carga eléctrica, o que lhe permite atravessar paredes. A cada segundo, 66 mil milhões das suas partículas fantasmagóricas atravessam o equivalente a uma unha humana. No entanto, um neutrino emitido pelo Sol tem apenas uma hipótese em cem milhões de chegar à Terra.

Emitidos pelas estrelas e pela atmosfera, os neutrinos podem ser criados pela radioactividade dita beta, como a das centrais nucleares. Assim que um protão se transforma num neutrão (electricamente neutro) ou um neutrão se transforma num protão, esta mutação sucede acompanhada pela emissão de um electrão negativo ou positivo e de um neutrino (ou de um anti-neutrino).

O comportamento destas partículas imperceptíveis interessa muito aos cientistas, uma vez que permite explicar por que é que o mundo é maioritariamente constituído por matéria e não por anti-matéria, uma vez que as duas deveriam existir em quantidade equivalente depois do ‘Big Bang’.

A observação das “oscilações” de neutrões, que por vezes se transformam com outras formas, é também um elemento fundamental para a Física. Isto porque, para oscilarem, estas partículas devem ter uma massa, o que foi cientificamente estabelecido em 1998, depois de 30 anos de investigação.

“A existência de um modelo que possa explicar por que é que o neutrino é tão pequeno, sem se desvanecer, terá profundas implicações na compreensão do nosso universo, de como ele era, como evoluiu e como eventualmente morrerá”, afirmou Antonio Freditado, físico do Instituto Italiano de Física Nuclear.

O Centro Nacional de Investigação Científica (CNRS, na sigla em francês), em França, anunciou quinta-feira que os neutrinos foram medidos a uma velocidade que ultrapassa ligeiramente a velocidade da luz, considerada até agora como um “limite intransponível”.

Caso seja confirmado por outras experiências, este “resultado surpreendente” e “totalmente inesperado” face às teorias formuladas por Albert Einstein, poderá abrir “perspectivas teóricas completamente novas”, sublinha o CNRS.

As medições efectuadas pelos especialistas desta investigação, a que se chamou Opera, concluíram que um feixe de neutrinos percorreu os 730 quilómetros que separam as instalações do Centro Europeu de Investigação Nuclear (CERN), em Genebra, do laboratório subterrâneo de Gran Sasso, no centro de Itália, a 300.006 quilómetros por segundo, ou seja, uma velocidade superior em seis quilómetros por segundo à velocidade da luz.

Fonte: www.dn.pt

Neutrino

Não é nada, quase nada. Como diria F.Reines, é “… a quantidade mais minúscula da realidade imaginada pelo ser humano”. Apesar disso (ou por causa disso), esta partícula nunca cessou de questionar físicos e de dar dores de cabeça a quem o quer detectar.

Dentro do modelo padrão

Depois de muitos trabalhos, erros ou sucessos, os físicos de partículas obtiveram finalmente um modelo que se satisfaz completamente, por enquanto, usando para descrever as partículas da matéria e a maneira que interagem.

Este modelo, chamado “modelo padrão”, reduziu consideravelmente o número “de elementos elementares” de que a matéria é composta; aqueles elementos parecem tão bonitos que, perto de 400 DC, o filósofo grego Demócrates chamava “átomos”.

De acordo com o modelo padrão, 12 partículas são a base da matéria: 6 quarks e 6 léptons (uma palavra que vem dos gregos da palavra leptos que significa a luz, minúscula).

A parte do neutrino, todas as partículas, léptons e quarks, foram postas na evidência experimental, os agradecimentos aos aceleradores de partículas e os detectores ou as câmaras de bolha. Sua existência tem um fundamento experimental muito estável.

A cada lépton carregado (elétron, múon, tau) é associado um lépton ou um neutrino neutro (para o elétron, para o múon, para o tau). A mesma madida para os quarks que são agrupados por pares.

Dentro do modelo padrão, o neutrino tem uma massa zero, uma carga zero e uma rotação 1/2. Pode ser de 3 tipos diferentes ou famílias que apresentaram-se parte superiores. Tudo isto é como um diretório requisitado perfeitamente. De fato, muitas perguntas importantes a respeito dos neutrinos não estão resolvidas ainda.

O neutrino não-segurável

Os neutrinos, sob os três aspectos, mantiveram desde 1956 (ano de sua primeira evidência experimental) muitos mistérios. Nós sabemos 4 interações fundamentais entre as partículas: a interação forte, a interação eletromagnética, a interação fraca e a interação gravitacional.

Os neutrinos são concernidos somente com a interação fraca e esta permite-lhes passar através da Terra sem nenhum desvio. Interagem somente uma vez em um bilhão no instrumento enorme construído para detectá-lo.

A três perguntas de 1956 estão abertas ainda:

É sua massa zero?
Tem uma rotação magnética?
É idêntica a sua anti-partícula?

O neutrino incrível

Além disso, o neutrino parece ter uma propriedade notável: sua rotação é orientada sempre no sentido oposto a sua velocidade (se diz ser heliocentrada à esquerda). O anti-neutrino é sempre heliocentrado à direita (rotação no mesmo sentido que a velocidade).

Esta hipótese foi imaginada em 1956 por Lee de T.D. e por C.N. Yang e confirmada no ano seguinte por Ambler, Hayward, Hoppes, Hudson e Wu, observando uma assimetria dos elétrons que vêm da deterioração beta de Cobalto 60. (Phys. Rev. 105, 1413 (1957)).

Se maioria for direito (neutrino idêntico ao anti-neutrino) ou se o neutrino for macivo, então o neutrino não respeitará sempre a seguinte regra observada: um neutrino é sempre esquerdo e um anti-neutrino é sempre direito.

Com astonishment, nós encontramos também esta assimetria no mundo macroscópico da vida, onde quase todos os aminoácidos são do chirality esquerdo, quando o DNA usar somente açúcares direitos do chirality.

Os fenômenos biológicos e as interações fracas são, na primeira vista, os únicos processos físicos que diferem de sua imagem do espelho.

O neutrino oscilando:

Os quarks que compõem a matéria não são independentes se, um “quantum que mistura”, existe entre eles. Da mesma maneira, os neutrinos, e, se fossem macivos, poderiam ser misturados por mecânicos do quantum: um neutrino que viaja no espaço seria então uma mistura, e esta oscilação entre famílias de neutrinos poderia ajudar explicar o déficit observado no fluxo solar do neutrino e poderia ser etiquetado como um bom fato experimental de que os neutrinos são massivos.

Muitas experiências perto das plantas nucleares ou em aceleradores de partículas tentaram explorar desta maneira desde mais de 20 anos. Mas desde 1996, mais e mais índices à favor da oscilação dos neutrinos aparecem.

Alcançar à massa do neutrino detectando suas oscilações eventuais não é uma tarefa fácil. Esta medida indireta depende de dois parâmetros principais: o ângulo misturando do quantum entre os tipos interessados de neutrinos e a diferença de suas massas quadráticas.

O resultado de uma experiência que procura a oscilação dos neutrinos é apresentado frequentemente em um lote de onde seja mostrado como função. Uma relação simples dá a probabilidade de uma oscilação entre dois tipos de neutrinos (por exemplo) onde L é o comprimento (nos medidores) necessitado para um ciclo da oscilação e é a energia (em MeV) dos neutrinos.

Assim, um neutrino de massa 0.001 eV/c2, vindo do sol (tem uma energia de aproximadamente 1MeV) e oscilando com um neutrino da massa 0.1 eV/c2 transformar-se-á após um curso em 400 medidores e ser-se-á outra vez a 800 medidores.

AS FONTES DOS NEUTRINOS

(cinco fontes e três rios)

Os neutrinos no universo vêm das interações fracas (quando núcleos atômicos se deterioram em radiação beta). Podem ser provenientes de três rios: os neutrinos do espaço, os neutrinos da terra, os neutrinos da atividade da humana. Mas há muitos tipos de origens dos neutrinos, que podem ser arbitrariamente classificadas em cinco fontes:

Neutrinos solares

Vêm junto com o processo da fusão termonuclear dentro das estrelas (nosso sol ou alguma outra estrela no universo).

Sua energia é completamente fraca (algum MeV). Vêm das reações nucleares diferentes cuja reação principal (85% dos neutrinos solares vêm deles) é:

p é um próton, que é um núcleo do deutério, um pósitron e o último é um neutrino.

Dependendo da reação nuclear concernida, o neutrino tem diferentes tipos de energia.

Neutrinos da atividade da humanidade

Estes são neutrinos de energia elevada produzidos pelos aceleradores de partículas e neutrinos de baixa energia que saem de reatores nucleares. No primeiro caso, a energia pode alcançar aproximadamente 100 GeV, são produzidas para estudar a estrutura dos núcleos (os prótons e os nêutrons que compõem os núcleos atômicos) e para estudar a força fraca.

No segundo caso, estão aqui embora nós não os peçamos. São um produto abundante feito pelas reações nucleares dentro dos núcleos nos reatores (uma planta nuclear padrão irradia aproximadamente 51020 neutrinos por segundo) e sua energia é em torno de 4MeV.

Foram os primeiros a ser detectados e os primeiros a ser usados para estabelecer alguns limites sobre a oscilação dos neutrinos.

Neutrinos da Terra

Nosso velho planeta manteve desde seu nascimento muitos núcleos atômicos radioativos. É o que nós chamamos “radioatividade natural”. Esta radioatividade é muito importante e pouco se conhece sobre ela, mas sua principal contribuição pode ser a de manter em fusão a matéria sob a crosta da terra.

O poder que vem desta radioatividade natural é estimado aproximadamente 20.000 GW (aproximadamente 20.000 plantas nucleares!) e os neutrinos que vêm desta radioatividade são numerosos: aproximadamente 6 milhões por segundo por cm2.

Mas estes neutrinos, a respeito de sua quantidade, freqüentemente são afogados nos oceanos de neutrinos que vêm das plantas nucleares.

Neutrinos dos raios cósmicos

Quando um raio cósmico (próton que vem de algum lugar do espaço) penetra na atmosfera, interage com um núcleo atômico virando um “chuveiro” de partículas. Sob o mesmo princípio ocorre a produção de neutrinos no CERN, onde alguns neutrinos que são criados: são chamados de “neutrinos atmosféricos”.

Algumas experiências como Kamiokande e super-Kamiomande no Japão tentaram ver as oscilações dos neutrinos dentro daqueles chuveiros de partículas. Os resultados em 1998 parecem positivos.

Neutrinos do Big-Bang

O modelo “padrão” do Big-Bang prediz, assim como para os fótons, um fundo cósmico dos neutrinos. Aqueles neutrinos, ninguém nunca viu. São ainda muito numerosos: aproximadamente 330 neutrinos por cm3. Mas sua energia é, teoricamente, muito pequena (aproximadamente 0.0004 eV).

Alguns outros neutrinos podiam vir dos fenômenos cataclísmicos como explosões de convalescença das supernovas ou das estrelas de nêutron.

Não é somente especulação, existem dados desde que em 1987 as supernovas explodiram na nuvem de Magalhães, distante 150.000 anos-luz da nossa terra e seus neutrinos foram detectados!!!

Fonte: www.ced.ufsc.br

Neutrino

A luz solar demora cerca de oito minutos a atingir o planeta Terra, depois de percorrer cerca de 150 milhões de quilómetros a uma velocidade de aproximadamente 299 792 458 metros por segundo.

(Diga-se, neste andamento, que a distância Terra – Sol varia ao longo do ano, devido à trajectória elíptica da Terra: É mínima no periélio, que ocorre no princípio de Janeiro (141 milhões de km) e máxima no afélio (152,1 milhões de km) por volta de 4 de Julho (Dia de Coimbra).

Albert Einstein considerou aquele valor como invariante e mostrou que ele era o limite superior inultrapassável para a velocidade de todas e quaisquer partículas e objectos no vácuo.

A sua teoria da relatividade restrita, que entre outras se expressa na mais famosa equação do século XX – E = m c^2 (E para energia, m para massa, c a velocidade de propagação da radiação electromagnética no vácuo) -, parte precisamente da invariância da velocidade da luz e tem como consequência a existência de um limite superior para a velocidade: o m naquela equação vai crescendo à medida que a velocidade aumenta de modo a impedir que uma partícula com massa alcance a velocidade da luz.

O físico português João Magueijo tem vindo, há mais de uma década, a investigar a hipótese de o valor de c variar ao longo da evolução do nosso Universo, “desafiando” assim a teoria da relatividade de Einstein. Divulgou essa hipótese ao grande público no livro “Mais rápido do que a luz”, publicado em Portugal pela Gradiva, em 2003.

O novo livro de Magueijo, com o título de “O Grande Inquisidor”, também editado pela Gradiva, conta a vida de Ettore Majorana, um físico italiano que terá sido o primeiro a propor a existência do neutrão, partícula sem carga presente no núcleo dos átomos.

Majorana, que desapareceu misteriosamente, terá também trabalhado, “precocemente”, na previsão da existência da partícula conhecida por “neutrino”, a qual tem sido notícia nos últimos dias devido à descoberta, pelo menos aparente, de que pode assumir velocidades superiores às da luz (ver, por exemplo, aqui, aqui e aqui)!

Mas o que é um neutrino?

Quando um neutrão é isolado de alguma forma de um núcleo atómico, os cientistas verificam que, em cerca de vinte minutos, ele “desaparece” aparecendo um protão e um electrão. Os primeiros investigadores a observar esta transformação ficaram intrigados porque, ao calcular (utilizando a equação de Einstein acima indicada) as energias envolvidas nessa transformação, estas não batiam certo: a soma das energias correspondentes ao protão e ao electrão resultante era inferior à energia do neutrão inicial!

A experiência parecia colocar em causa o princípio da conservação da energia, de certo modo semelhante ao princípio enunciado por Lavoisier da conservação da massa. No processo de transformação de um neutrão num protão e num electrão perdia-se, de alguma forma, energia.

Num esforço teórico para “conservar”o princípio de conservação da energia (nada se cria, nada se perde, tudo se transforma!), Wolfgang Ernst Pauli (prémio Nobel da Física em 1945) propôs, como hipótese, a existência de uma outra partícula, indetectável pela tecnologia da época, que não teria carga eléctrica, mas que era responsável pela parte em falta no balanço energético! Essa hipotética partícula sem carga foi baptizada de “neutrino”.

Os neutrinos viriam a ser detectados experimentalmente em 1956 na proximidade de reactores nucleares. E a confirmação da sua existência permitiu manter “incólume” o princípio da conservação da energia.

Os neutrinos, partículas muito difíceis de detectar por interagirem muito pouco com átomos ou com as partículas que os constituem, têm vindo a ser alvo de grande interesse por parte dos físicos e dos astrofísicos, quer para indagar a natureza íntima da matéria, quer para revelar a natureza do Universo longínquo.

Sendo resultado de reacções nos núcleos atómicos, a detecção de neutrinos provenientes do “nosso” Sol foi mais uma confirmação da origem nuclear da energia das estrelas. Para além disso, a sua detecção na explosão da Supernova SN 1987A, em 1987, deu alento à astrofísica dos neutrinos como uma enriquecedora ferramenta para estudar o Universo.

Recebemos do centro do Sol um intenso fluxo de neutrinos (cerca de 65 mil milhões por segundo). Como estas partículas atravessam o nosso planeta praticamente sem interagirem com ele, podemos dizer, tal como escreveu Hubert Reeves, que o “Sol neutrínico nunca se deita” e, contrariamente à luz solar, somos banhados por fluxos solares de neutrinos numa alvorada permanente.

Os neutrinos estão sempre a dizer-nos bom dia! Aliás, os neutrinos têm estado presentes nos novos dias da ciência, da nossa compreensão da natureza das coisas (De Rerum Natura) de que somos feitos e que nos rodeiam…

Fonte: De Rerum Mundi