Impressão artística da NASA MErcury Surface, Ambiente Espacial, GEoquímica, e a espaçonave Ranging MESSENGER em órbita em Mercúrio. Crédito:NASA / Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins / Instituição Carnegie de Washington
Os cientistas descobriram uma maneira de medir a vida útil dos nêutrons a partir do espaço pela primeira vez - uma descoberta que pode nos ensinar mais sobre o universo primitivo.
Saber a vida útil dos nêutrons é a chave para entender a formação dos elementos após o Big Bang que formou o universo 13,8 bilhões de anos atrás.
Cientistas da Durham University, REINO UNIDO, e o Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins, EUA, utilizou dados do MErcury Surface da NASA, Ambiente Espacial, GEoquímica, e espaçonave Ranging (MESSENGER) para fazer sua descoberta.
Conforme MESSENGER voou sobre Vênus e Mercúrio, ele mediu as taxas nas quais as partículas de nêutrons estavam vazando dos dois planetas.
O número de nêutrons detectados dependia do tempo que levaram para voar até a espaçonave em relação ao tempo de vida do nêutron, dando aos cientistas uma maneira de calcular quanto tempo as partículas subatômicas poderiam sobreviver.
As evidências, publicado no jornal Pesquisa de revisão física , poderia fornecer um caminho para encerrar um impasse de décadas que viu os pesquisadores discordarem - por uma questão de segundos - sobre quanto tempo os nêutrons são capazes de sobreviver.
Dr. Vincent Eke, no Institute for Computational Cosmology, na Durham University, disse:"A vida útil dos nêutrons livres fornece um teste fundamental do Modelo Padrão da física de partículas, e também afeta a abundância relativa de hidrogênio e hélio formado no início do universo, poucos minutos após o Big Bang, portanto, tem implicações abrangentes.
"Os métodos baseados no espaço oferecem a possibilidade de quebrar o impasse entre as duas técnicas concorrentes de medição baseadas na Terra."
Os nêutrons são normalmente encontrados no núcleo de um átomo, mas rapidamente se desintegram em elétrons e prótons quando estão fora do átomo.
Os cientistas já usaram dois métodos baseados em laboratório - o chamado "método da garrafa" e a técnica do "feixe" - para tentar determinar a vida útil dos nêutrons.
O método da garrafa - que captura nêutrons em uma garrafa e mede quanto tempo leva para sua radioatividade decair - sugere que eles podem sobreviver em média 14 minutos e 39 segundos.
Esquema do artista de como a MESSENGER forneceu dados para estimar a vida útil dos nêutrons. Os raios cósmicos que atingem a atmosfera de Vênus ejetam nêutrons que voam gradualmente para o espaço. À medida que os nêutrons se movem para altitudes mais elevadas, mais tempo passa, e mais nêutrons decaem radioativamente. MESSENGER contou o número de nêutrons "vistos" em várias altitudes, permitindo aos pesquisadores localizar onde os números de nêutrons começam a cair. Usando modelos, os pesquisadores podem então estimar a vida útil do nêutron. Crédito:Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins, EUA.
Usando a técnica de feixe alternativo - que dispara um feixe de nêutrons e conta o número de prótons criados pelo decaimento radioativo - dá cerca de 14 minutos e 48 segundos, nove segundos a mais do que o método da garrafa.
Embora possa parecer uma pequena diferença, os cientistas dizem que a lacuna pode ser enorme. Como o modelo padrão da física de partículas requer que a vida útil dos nêutrons seja de cerca de 14 minutos e 39 segundos, qualquer desvio disso provocaria uma mudança fundamental em nossa compreensão desse modelo.
MESSENGER carregou um espectrômetro de nêutrons para detectar nêutrons soltos no espaço por raios cósmicos que colidem com átomos na superfície de Mercúrio como parte da pesquisa para determinar a existência de água no planeta.
Em seu caminho, a espaçonave voou pela primeira vez por Vênus, onde coletou medições de nêutrons pela primeira vez.
Dr. Jacob Kegerreis, no Institute for Computational Cosmology, na Durham University, disse:"Mesmo que o MESSENGER tenha sido projetado para outros fins, ainda pudemos usar os dados para estimar a vida útil dos nêutrons. A espaçonave fez observações em uma grande variedade de alturas acima das superfícies de Vênus e Mercúrio, o que nos permitiu medir como o fluxo de nêutrons muda com a distância dos planetas. "
Usando modelos, a equipe estimou que o número de nêutrons que o MESSENGER deveria contar em sua altitude acima de Vênus para a vida dos nêutrons seria entre 10 e 17 minutos. Para as vidas mais curtas, menos nêutrons sobrevivem por tempo suficiente para alcançar o detector de nêutrons da MESSENGER.
Eles descobriram que a vida útil do nêutron é de 13 minutos, com uma incerteza de cerca de 130 segundos de estatísticas e outras incertezas, como se o número de nêutrons muda durante o dia e a incerteza sobre a composição química da superfície de Mercúrio.
Sua vida útil estimada de nêutrons cai bem perto do intervalo das estimativas dos métodos de "garrafa" e "feixe".
Autor principal, Dr. Jack Wilson, do Laboratório de Física Aplicada da Johns Hopkins, disse:"É como um experimento com uma garrafa grande, mas em vez de usar paredes e campos magnéticos, usamos a gravidade de Vênus para confinar nêutrons por tempos comparáveis ao seu tempo de vida. "
Como erros sistemáticos em medições baseadas no espaço não estão relacionados com aqueles nos métodos de garrafa e feixe, os pesquisadores disseram que seu novo método pode fornecer uma maneira de quebrar o impasse entre os existentes, medições concorrentes.
Os pesquisadores acrescentaram que medições mais precisas exigiriam uma missão espacial dedicada, possivelmente para Vênus, já que sua espessa atmosfera e grande massa prendem nêutrons ao redor do planeta.
Eles esperam projetar e construir um instrumento que possa fazer uma medição de alta precisão da vida útil dos nêutrons usando sua nova técnica.
