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    Os físicos solares descobrem uma maneira mais fácil de observar partículas peculiares que revelam o funcionamento interno do sol

    Trabalhadores mantêm o detector de neutrino Super-Kamiokande em Hida, Japão. Crédito:Observatório Kamioka, Instituto de Pesquisa de Raios Cósmicos, Universidade de Tóquio

    Em 2009, o físico aplicado Peter Sturrock estava visitando o Observatório Solar Nacional em Tucson, Arizona, quando o vice-diretor do observatório disse que ele deveria ler um artigo polêmico sobre a decadência radioativa. Embora o assunto estivesse fora do campo de Sturrock, inspirou um pensamento tão intrigante que no dia seguinte ele ligou para o autor do estudo, Ephraim Fischbach, físico da Universidade Purdue, para sugerir uma colaboração.

    Fischbach respondeu, "Estávamos prestes a ligar para você."

    Mais de sete anos depois, que a colaboração pode resultar em um dispositivo de mesa barato para detectar neutrinos indescritíveis de forma mais eficiente e barata do que é atualmente possível, e poderia simplificar a capacidade dos cientistas de estudar o funcionamento interno do sol. O trabalho foi publicado na edição de 7 de novembro da Física Solar .

    "Se estivermos certos, isso significa que os neutrinos são muito mais fáceis de detectar do que as pessoas pensavam, "disse Sturrock, professor emérito de física aplicada. “Todos pensaram que seria necessário fazer grandes experimentos, com milhares de toneladas de água ou outro material, que pode envolver grandes consórcios e grandes despesas, e você pode obter alguns milhares de contagens por ano. Mas podemos obter dados semelhantes ou até melhores de um experimento envolvendo apenas microgramas de material radioativo. "

    Por que, como estudamos neutrinos

    Por vinte anos, Sturrock e seu colega Jeff Scargle, astrofísico e cientista de dados do Centro de Pesquisa Ames da NASA, estudaram neutrinos, partículas subatômicas sem carga elétrica e massa quase nula, que pode ser usado para aprender sobre o interior do sol.

    As reações nucleares no núcleo do Sol produzem neutrinos. Uma característica única dos neutrinos é que eles raramente interagem com outras partículas e, portanto, podem escapar facilmente do sol, trazendo-nos informações sobre o interior solar profundo. O estudo dos neutrinos é considerado a melhor maneira de obter informações diretas sobre o centro do sol, que de outra forma é em grande parte um mistério. Neutrinos também podem nos dar informações sobre supernovas, a criação do universo e muito mais.

    Na terra, uma área do tamanho de uma unha tem 65 bilhões de neutrinos passando por ela a cada segundo. Mas apenas um ou dois em uma vida inteira irão realmente parar em nossos corpos. O estudo dos neutrinos envolve equipamentos e despesas enormes para capturar o suficiente das partículas elusivas para investigação.

    Atualmente, o padrão ouro para detecção de neutrinos é o Super-Kamiokande do Japão, um magnífico observatório de $ 100 milhões. Em uso desde 1996, Super-Kamiokande encontra-se 1, 000 metros abaixo do solo. Consiste em um tanque cheio de 50, 000 toneladas de água ultra-pura, cercado por cerca de 13, 000 tubos fotomultiplicadores. Se um neutrino entrar na água e interagir com os elétrons ou núcleos lá, isso resulta em uma partícula carregada que se move mais rápido do que a velocidade da luz na água. Isso leva a uma onda de choque óptico, um cone de luz chamado radiação Cherenkov. Essa luz é projetada na parede do tanque e registrada pelos tubos fotomultiplicadores.

    Desafios anteriores na detecção

    O Prêmio Nobel de Física de 2002 foi concedido a Masatoshi Koshiba da Super-Kamiokande e Raymond Davis Jr. do Homestake Neutrino Observatory pelo desenvolvimento de detectores de neutrinos e "pela detecção de neutrinos cósmicos". Um detalhe desconcertante deste trabalho foi que, com seus métodos de detecção inovadores, eles estavam detectando um terço a metade dos neutrinos esperados, um problema conhecido como "problema do neutrino solar". Essa deficiência foi inicialmente considerada devido a problemas experimentais. Mas, uma vez que foi confirmado pelo Super-Kamiokande, o déficit foi aceito como real.

    No ano anterior ao Nobel, Contudo, cientistas anunciaram uma solução para o problema do neutrino solar. Descobriu-se que os neutrinos oscilam entre três formas (elétron, muon e tau) e os detectores eram primariamente sensíveis apenas a neutrinos de elétrons. Para a descoberta dessas oscilações, o Prêmio Nobel de Física de 2015 foi concedido a Takaaki Kajita de Super-Kamiokande e Arthur B. MacDonald do Observatório Sudbury Neutrino.

    Mesmo com esses desenvolvimentos dignos do Prêmio Nobel em pesquisa e equipamentos à sua disposição, os cientistas ainda podem detectar apenas alguns milhares de eventos de neutrinos a cada ano.

    Uma nova opção de pesquisa

    A pesquisa que Sturrock aprendeu em Tucson dizia respeito às flutuações na taxa de decomposição de elementos radioativos. As flutuações eram altamente controversas na época porque se pensava que a taxa de decomposição de qualquer elemento radioativo era constante. Sturrock decidiu estudar esses resultados experimentais usando técnicas analíticas que ele e Scargle desenvolveram para estudar neutrinos.

    Ao examinar as flutuações de decaimento radioativo, a equipe encontrou evidências de que essas flutuações correspondiam aos padrões encontrados nos dados de neutrinos do Super-Kamiokande, cada um indicando uma oscilação de um mês atribuível à rotação solar. A conclusão provável é que os neutrinos do sol estão afetando diretamente os decaimentos beta. Esta conexão foi teorizada por outros pesquisadores que datam de 25 anos, mas a análise de Sturrock-Fischbach-Scargle adiciona a evidência mais forte até agora. Se esta relação se mantiver, uma revolução na pesquisa de neutrinos pode estar em andamento.

    "Isso significa que há outra maneira de estudar neutrinos que é muito mais simples e muito mais barata do que os métodos atuais, "Sturrock disse." Alguns dados, alguma informação, você não obterá de decaimentos beta, mas apenas de experimentos como Super-Kamiokande. Contudo, o estudo da variabilidade do decaimento beta indica que há outra maneira de detectar neutrinos, um que dá uma visão diferente dos neutrinos e do sol. "

    Sturrock disse que isso pode marcar o início de um novo campo na pesquisa de neutrinos e na física solar. Ele e Fischbach veem a possibilidade de detectores de bancada que custariam milhares em vez de milhões de dólares.

    Os próximos passos, por enquanto, serão coletar mais e melhores dados e trabalhar em uma teoria que possa explicar como todos esses processos físicos estão conectados.

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