Cientistas de todo o mundo estão sendo mantidos em suspense pela massa insignificante de neutrinos, partículas subatômicas, uma das partículas fundamentais que compõem o nosso universo que poderia ser matéria e antimatéria ao mesmo tempo. Agora, pesquisadores da Universidade de Tóquio, em colaboração com um físico espanhol, ter usado um dos computadores mais poderosos do mundo para analisar uma deterioração especial de cálcio-48, cuja vida, que dura trilhões de anos, depende da massa desconhecida de neutrinos.Este avanço vai facilitar a detecção desta rara decadência em laboratórios subterrâneos.
Neutrinos são partículas neutras, para que eles não são afetados por forças eletromagnéticas como eles viajam através do espaço. Neutrinos detectados aqui na Terra, portanto, traçar um caminho direto de volta para suas fontes astrofísicas distantes. Além disso, esses neutrinos raramente interagem com outros tipos de matéria - muitos passam diretamente através da Terra sem interagir com outras partículas - o que os torna extremamente difícil de detectar, mas garantindo que eles escapam os ambientes incrivelmente densas em que são produzidos. A imagem acima mostra um dos eventos de neutrinos mais alto de energia já detectado sobrepostas em uma vista do IceCube Lab no Pólo Sul.
Se neutrinos e antineutrinos são descobertos a ser a mesma partícula, este seria o primeiro caso conhecido de matéria que é, simultaneamente, a antimatéria.Além disso, ele iria gerar uma assimetria que serviria para explicar por que não há nenhuma antimatéria no universo. Neutrinos de Majorana teria permitido para a criação de mais matéria do que antimatéria nos primeiros momentos após o Big Bang (por exemplo, em neutrinoless duplo decaimento beta , dois elétrons são emitidos - a criação da matéria - mas não antineutrinos). Depois disso, todos os anti-matéria teria sido aniquilados juntamente com a maior parte da matéria, libertando energia e deixando para trás apenas o matéria "excesso", que pode ser observada no universo hoje.
Neutrinos foram descobertos mais de 60 anos atrás; no entanto, os cientistas ainda estão por descobrir algumas das suas propriedades fundamentais, tais como a sua massa (do qual só o limite superior é conhecido, o que é cerca de 3,6 x 10-36 kg), ou se neutrinos e antineutrinos são, na verdade a mesma partícula. A imagem abaixo mostra um evento neutrino capturado pela experiência T2K no Japão. (Stonybrook.edu)
Uma experiência que pode oferecer uma resposta para a primeira dessas questões é o chamado neutrinoless decaimento beta duplo. Isso ocorre quando núcleo pai de um átomo decai em um núcleo filha, ganhando dois prótons, perdendo dois nêutrons e emitindo dois elétrons. Um exemplo disso é a decadência do cálcio-48 (um isótopo muito raro de cálcio, com 20 prótons e 28 nêutrons) em titânio-48. Este é o processo que está sendo analisado e modelado em detalhes sem precedentes por cientistas da Universidade de Tóquio (Japão).O estudo está publicado na revista Physical Review Letters.
"A meia-vida desta deterioração depende de dois fatores:. A massa desconhecida de neutrinos (que fazem parte do processo, mesmo que nenhum são emitidos) e as características do pai e da filha núcleos Isto implica que, sabendo estas características nucleares , e uma vez que esta deterioração foi medido experimentalmente em um dos laboratórios subterrâneos trabalhando nisso, será possível determinar a massa de neutrinos, "SINC foi dito por Javier Menéndez, um pesquisador espanhol na universidade japonesa e um dos o estudo da co-autores.
conquista da equipe foi o entendimento da parte nuclear "em uma maneira confiável" por meio extremamente complexos cálculos de mecânica quântica.Estes incluíram como variáveis de dois terços dos muitos prótons e nêutrons envolvidos (até à data, os cientistas só tinham conseguido introduzir um terço destas partículas) utilizando matrizes contendo 2 trilhões de pedaços de dados.Estas operações foram executados usando supercomputador quarto mais rápido do mundo, o K-computador no Instituto RIKEN de Kobe.
"Nossos resultados fará com que seja possível obter directamente massa do neutrino quando a meia-vida desta deterioração é medida experimentalmente", disse Menéndez. "Além disso, eles sugerem que a deterioração do cálcio-48 é de cerca de metade do tempo que o que se pensava anteriormente (2 x 1.025 anos, em vez de 4 x 1025 anos). Isso melhora as chances de observá-lo."
Em qualquer caso, este é um decaimento extremamente raro e lento, uma vez que é mediada por dois processos de deterioração fracos simultâneas. Isto significa que leva triliões de anos a ocorrer e é muito difícil de detectar.Laboratórios que trabalham com este assunto esperamos observar um (o que é devido a decair muito em breve) em minas subterrâneas profundas, longe de qualquer "ruído" externo. Entre os experimentos que tentam conseguir isso são velas no japonês Kamioka Observatory (um dos vencedores do Prémio Revelação de Física Fundamental para a sua pesquisa sobre neutrinos) e NEMO III no túnel de Fréjus (França).
Na imagem acima neutrinoless duplo decaimento beta do cálcio-48 em titânio-48, dois nêutrons são perdidos, dois prótons são ganhos e dois elétrons são emitidos. Neutrinos não aparecem, mas fazem parte "interna" do processo. (B. Alex Brown)
Depois de apresentar as suas conclusões com cálcio-48 (o mais fácil dos núcleos candidatos para a análise), os pesquisadores estão agora trabalhando em cálculos semelhantes para o neutrinoless duplo decaimento beta de germânio-76, selênio-82 e até mesmo xenon-136. O último é o objetivo de NEXT, um projecto espanhol liderado pelo Instituto de Física corpuscular (CSIC-Universidade de Valência), que está tentando demonstrar no Underground Laboratory Canfranc(Huesca) de que o neutrino é a sua própria antipartícula.
"A coisa mais interessante seria para confirmar que os neutrinos não são emitidos durante o duplo decaimento beta, como isso implicaria por princípios físicos que neutrinos e antineutrinos são a mesma partícula, o que seria uma descoberta enorme, um prêmio Nobel, com certeza" salienta Menéndez. "Se isso acontecesse, poderíamos dizer que os neutrinos são partículas de Majorana, porque eles seriam partículas e antipartículas, ao mesmo tempo. Esta propriedade foi proposto pelo físico italiano Ettore Majorana na década de 30".
O Galaxy diário via FECYT - Fundação Espanhola para a Ciência e Tecnologia
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