segunda-feira, 4 de março de 2013
A busca pelos mistérios do universo nunca para.
Apesar do tão sonhado bóson de Higgs ter
sido, aparentemente, finalmente encontrado, os cientistas agora estão no
encalço de outra partícula que pode estar ligada a uma nova força fundamental
da natureza.
Um estudo do Amherst College e da Universidade
do Texas, em Austin, ambos nos EUA,
está usando a própria Terra como laboratório para detectar
partículas elusivas que podem comprovar a existência de uma “quinta força”
fundamental no universo.
Essa nova força deve operar além das quatro forças fundamentais
familiares aos físicos:
gravidade, eletromagnetismo, força nuclear forte e força nuclear
fraca.
Ela deve permitir que partículas subatômicas “sintam” umas às outras em
distâncias extremamente grandes.
Interações spin-spin de curto alcance acontecem o tempo todo:
ímãs grudam na geladeira porque os elétrons do ímã e os do aço na geladeira
estão todos girando em torno da mesma direção, por exemplo.
Já as interações de longo alcance são mais misteriosas.
Quinta
força: a origem
Existem três possibilidades para estabelecer de onde essa
possível nova força vem.
A primeira é uma partícula denominada “não
partícula” (unparticle, no termo em inglês),
que se comporta como fótons (partículas de luz) em
certas formas, e como partículas de matéria em outras.
A segunda é uma partícula chamada de Z’,
um primo mais leve do bóson Z, que traz a força nuclear fraca.
Ambas a não partícula e a Z’ podem existir a partir de extensões
das atuais teorias físicas (Modelo Padrão da Física).
A terceira possibilidade é a de que não há nenhuma
nova partícula, mas sim a teoria de relatividade tem algum componente que afeta
o spin (momento angular dos elétrons)
Interações
spin-spin de longo alcance
As interações spin-spin mais normais, do tipo ímã de geladeira,
são mediadas por fótons e operam apenas em distâncias muito curtas. Interações
spin-spin de longo alcance não parecem diminuir ou enfraquecer com a distância,
entretanto. Os físicos têm procurado as partículas que carregam esse tipo de
interação há anos, mas não a encontraram ainda.
Apesar dos cientistas interpretarem a interação magnética entre
os spins de duas partículas como sendo uma consequência da troca de “fótons
virtuais”, alguns têm sugerido que pode haver outros tipos de partículas, além
dos fótons, que podem ser trocadas virtualmente entre dois spins.
Os pesquisadores têm tentado identificar essa partícula, mas os
resultados até agora não têm sido conclusivos.
O novo experimento, entretanto, coloca limites mais rigorosos de
quão forte pode ser esta nova força, o que dá aos físicos uma ideia melhor de
onde procurar por ela.
Não
partícula
A não partícula foi proposta pela primeira vez em 2007 pelo
físico Howard Georgi, da Universidade Harvard (EUA).
Partículas têm uma massa definida, a menos que sejam fótons, que
não têm massa.
A massa de um elétron ou próton não pode mudar: se você alterar
sua massa (e, portanto, sua energia), você altera o tipo de partícula
que ela é.
Não partículas teriam massa e energia variáveis.
A interação spin-spin de longo alcance seria uma propriedade
fundamental destas partículas.
As tentativas do novo estudo não revelaram uma nova partícula
ligada à força, mas mostraram que a interação spin-spin de longo alcance
precisa ser menor por um fator de 1 milhão do que as experiências anteriores
haviam sugerido.
Se ela de fato existir, é tão pequena que a força gravitacional
entre duas partículas, como um elétron e um nêutron, é um milhão de vezes mais
forte.
A
pesquisa
Os cientistas já sabiam que a força que estavam procurando seria
fraca e só poderia ser detectada através de distâncias muito longas
Então, precisavam
encontrar um lugar onde toneladas de elétrons estivessem “apertados” uns ao
lado dos outros para produzir um sinal mais forte
– e escolheram o manto da Terra.
Em seguida, projetaram um equipamento para tentar detectar
interações entre os “geoelétrons” neste
manto e partículas subatômicas na superfície da Terra.
Essencialmente, os pesquisadores estudaram se os spins de elétrons, nêutrons e prótons
medidos em vários laboratórios ao redor da Terra podiam ter uma energia
diferente dependendo de sua orientação em relação à Terra.
Os spins polarizados se originam principalmente de elétrons de
minerais ricos em ferro no manto da Terra, que se alinham com o campo magnético
do planeta.
“Nossos experimentos
eliminaram [a possibilidade] dessa interação magnética, então procuramos por alguma outra
interação em nossos spins experimentais.
Uma das
interpretações dessa ‘outra interação’ é que pode ser uma interação de longo alcance entre os spins em
nosso equipamento e os spins dos elétrons no interior da Terra,
No manto da Terra, existem muitos elétrons.
Amostras preparadas em laboratórios seriam mais controláveis,
mas menos abundantes.
Graças ao grande número de elétrons polarizados, o estudo foi
capaz de limitar a magnitude da interação spin-spin entre dois elétrons muito
distantes um do outro para um valor cerca de um milhão de vezes menor do que a
sua atração gravitacional.
Os cientistas também mapearam as direções e densidades dos spins
dos elétrons no interior da Terra.
Esse mapa da magnitude e direção dos spins dos elétrons através
do planeta deve ajudar na elaboração de novos experimentos mais precisos, que
possam finalmente detectar a quinta força fundamental, se ela for real.
Além de estreitar a busca pela nova força, o experimento também
apontou para uma outra maneira de estudar o interior da Terra.
Os modelos atuais às vezes oferecem respostas inconsistentes a
respeito de por que, por exemplo, as ondas sísmicas se propagam através do
manto da maneira como se propagam.
A quinta força seria uma forma de “ler” as partículas subatômicas lá embaixo, ajudando os cientistas a
compreender tal discrepância.
As
descobertas da pesquisa aparecem na edição de 22 de fevereiro da revista
Science.[LiveScience
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