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
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.
Dependendo da reação nuclear concernida, o neutrino tem diferentes tipos de
energia.
Neutrinos da atividade da
humanidade
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.
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.
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!!!
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!!!
ENIGMA DOS NEUTRINOS
Três enigmas grandes
Matéria escura
Desde mais de 20 anos, um enigma estranho dá dores de cabeça aos
astrofísicos. As medidas da velocidade orbital das estrelas em muitas galáxias
dão resultados inesperados. As estrelas exteriores das galáxias estão orbitando
mais rapidamente que esperado. A gravitação foi duvidada e uma quinta força
hipotética foi inventada… mas nada podia dar uma explanação simples àquelas
velocidades demasiado elevadas. Uma outra explanação é que alguma matéria
escura, invisível, está orbitando em torno e dentro das galáxias, sendo
diretamente detectável apenas seus efeitos gravitacionais. Se os neutrinos
fossem macivos, seriam bons candidatos a esta matéria escura, desde que a teoria
diz que devem ser numerosos no universo: 330 neutrinos por cm3. Um
candidato bom, mas com a circunstância que sua massa é demasiado pequena.
astrofísicos. As medidas da velocidade orbital das estrelas em muitas galáxias
dão resultados inesperados. As estrelas exteriores das galáxias estão orbitando
mais rapidamente que esperado. A gravitação foi duvidada e uma quinta força
hipotética foi inventada… mas nada podia dar uma explanação simples àquelas
velocidades demasiado elevadas. Uma outra explanação é que alguma matéria
escura, invisível, está orbitando em torno e dentro das galáxias, sendo
diretamente detectável apenas seus efeitos gravitacionais. Se os neutrinos
fossem macivos, seriam bons candidatos a esta matéria escura, desde que a teoria
diz que devem ser numerosos no universo: 330 neutrinos por cm3. Um
candidato bom, mas com a circunstância que sua massa é demasiado pequena.
Os neutrinos solares faltantes
Desde 1975, e especialmente desde 1995, os físicos sabem com garantia
que os neutrinos que vêm de nosso sol são em sua maior parte menos do que
preditos. A teoria, que descreve em outra parte com uma precisão exata como as vidas do sol, prediz aproximadamente 64 bilhões de neutrinos por segundo por cm2, recebidos na terra. Os detectores como GALLEX ou SÁBIO observam não mais de 40 bilhões de neutrinos por segundo por cm2. Onde estão os neutrinos faltantes?
que os neutrinos que vêm de nosso sol são em sua maior parte menos do que
preditos. A teoria, que descreve em outra parte com uma precisão exata como as vidas do sol, prediz aproximadamente 64 bilhões de neutrinos por segundo por cm2, recebidos na terra. Os detectores como GALLEX ou SÁBIO observam não mais de 40 bilhões de neutrinos por segundo por cm2. Onde estão os neutrinos faltantes?
Um ou outro modelo que descrevem o sol, assim que notáveis, são errôneos, qualquer um faz dos neutrinos impossíveis chegar na terra e impossíveis de detectar. Se os neutrinos tivessem uma massa, a seguir poderiam oscilar e aquelas oscilações poderiam explicar os neutrinos solares faltantes.
Raios cósmicos de energia muito
elevada
Desde aproximadamente 30 anos, os fenômenos, cuja origem é
ainda desconhecida e que são chamados “raios cósmicos”, mantêm um mistério. Os
raios cósmicos de energia elevada são partículas que vêm de algum lugar do
universo e produzem um grande chuveiro de partículas (píons, káons, múons,
elétrons, neutrinos, os fótons…) quando colidem com os átomos de nossa
atmosfera. Alguns destes raios cósmicos foram detectados e encontrou-se que têm
mais energia do que uma esfera de tênis do ace, isso é aproximadamente 10
joules, que significa aproximadamente 1020eV. É muita energia para somente uma
partícula. Se a partícula fosse uma esfera de tênis, teria uma energia do 1046 MeV,
que é 1027 joules. Esta é aproximadamente 10 vezes a energia que se liberou
pelo sol inteiro em cada segundo. Por hora, nenhum fenômeno cósmico sabido pode
acelerar uma partícula para alcançar tal energia. Alguns físicos pensam que
aquelas partículas cósmicas de energia elevada poderiam ser neutrinos. Mas de
onde e como adquirem tal energia? O mistério está ainda aberto.
ainda desconhecida e que são chamados “raios cósmicos”, mantêm um mistério. Os
raios cósmicos de energia elevada são partículas que vêm de algum lugar do
universo e produzem um grande chuveiro de partículas (píons, káons, múons,
elétrons, neutrinos, os fótons…) quando colidem com os átomos de nossa
atmosfera. Alguns destes raios cósmicos foram detectados e encontrou-se que têm
mais energia do que uma esfera de tênis do ace, isso é aproximadamente 10
joules, que significa aproximadamente 1020eV. É muita energia para somente uma
partícula. Se a partícula fosse uma esfera de tênis, teria uma energia do 1046 MeV,
que é 1027 joules. Esta é aproximadamente 10 vezes a energia que se liberou
pelo sol inteiro em cada segundo. Por hora, nenhum fenômeno cósmico sabido pode
acelerar uma partícula para alcançar tal energia. Alguns físicos pensam que
aquelas partículas cósmicas de energia elevada poderiam ser neutrinos. Mas de
onde e como adquirem tal energia? O mistério está ainda aberto.
ALGUMAS ORDENS DE VALOR
Neutrinos das estrelas
Nosso sol emite-se ao redor 2x10^38 neutrinos por o segundo! …
e a terra recebe neutrinos da ordem de mais de 40 bilhões por segundo por cm2.
Esta chuva enorme não é detectada pelos cinco sentidos do ser humano.
e a terra recebe neutrinos da ordem de mais de 40 bilhões por segundo por cm2.
Esta chuva enorme não é detectada pelos cinco sentidos do ser humano.
Número dos neutrinos no universo
Big-Bang - Aproximadamente - 330 neutrinos por cm3
Vida das estrelas - Aproximadamente - 0.000006 neutrinos por cm3
Explosões de supernovas- Aproximadamente = 0.0002 neutrinos por cm3
Energias dos neutrinos
Os neutrinos do Big-bang os mais numerosos, são também os mais menos energéticos: 0.0004 eV (têm ainda uma velocidade de 2000 km/s se sua massa for 10 eV/c2).
Neutrinos do sol Dependendo de sua origem até 20MeV.
Neutrinos dos reatores nucleares Uma energia média do 4,0MeV (entre 1 MeV e 10MeV).
Neutrinos dos aceleradores de hoje:
Várias: uma energia média do 30MeV(LSND) a 30 GeV (NOMAD).
Cross-section para interações com núcleos: 10-38 cm2 em 1 GeV e no aumento com energia.
SIMULAÇÕES
Matéria Escura
Fragmento de uma simulação computacional da
formação do halo de matéria escura de uma galáxia.
formação do halo de matéria escura de uma galáxia.
A simulação revela um padrão complexo de milhares de grumos de
matéria escura, alguns dos quais podem não albergar matéria luminosa como
estrelas e gás.
matéria escura, alguns dos quais podem não albergar matéria luminosa como
estrelas e gás.
Crédito: Chung-Pei Ma.
- Podia-me dizer por favor, qual é o caminho para sair daqui? - Perguntou Alice.
- Isso depende muito do lugar para onde você quer ir. - disse o Gato.
- Não me importa muito onde... - disse Alice.
- Nesse caso não importa por onde você vá. - Disse o Gato.
- ...contanto que eu chegue a algum lugar. - acrescentou Alice como explicação.
- É claro que isso acontecerá. - Disse o Gato - desde que você ande durante algum tempo.
- Isso depende muito do lugar para onde você quer ir. - disse o Gato.
- Não me importa muito onde... - disse Alice.
- Nesse caso não importa por onde você vá. - Disse o Gato.
- ...contanto que eu chegue a algum lugar. - acrescentou Alice como explicação.
- É claro que isso acontecerá. - Disse o Gato - desde que você ande durante algum tempo.
Alice no País das Maravilhas - Lewis Carroll
Na desintegração alpha de um dado tipo de núcleo, todas as partículas alpha são emitidas com a mesma energia. O núcleo de Po 210, por exemplo emite uma partícula alpha de 5,30 MeV, transformando-se em Pb 206. Nesta transformação o princípio de conservação de energia é obedecido, pois o excesso de massa do polônio 210, em relação à massa final
total (massa da partícula alpha + chumbo 206) é transformado em energia cinética, correspondendo a relação relativística E=m.c2, onde m é o produto da massa de repouso pelo fator de Lorentz. Os princípios de conservação de quantidade de momento e momento angular também são obedecidos.
total (massa da partícula alpha + chumbo 206) é transformado em energia cinética, correspondendo a relação relativística E=m.c2, onde m é o produto da massa de repouso pelo fator de Lorentz. Os princípios de conservação de quantidade de momento e momento angular também são obedecidos.
Na desintegração beta, como a do I116 que se transforma em Sn116, pela
emissão da partícula beta, verifica-se que os elétrons não são emitidos sempre
com a mesma energia. Violando os princípios de conservação da física
clássica.
Para "salvar" as leis da conservação, em 1930 Wolfgang Pauli propôs
teoricamente a existência de uma partícula elementar e neutra, e Enrico Fermi a chamou de "neutrino" (pequeno neutron, em italiano). Mas, somente em 1956 F. Reines e Cowan Jr. a detectaram. Para enquadrar-se nas leis da mecânica quântica,os neutrinos deveriam ser
eletricamente neutros e sem massa, porém foi provado recentemente que essas
partículas possuem massa. A prova concreta foi obtida através de um gigantesco
detector de neutrinos, localizado uma pequena cidade do interior do Japão
(Kamioka). O detector chamado de Super-Kamiokande, é um "pequeno" tanque de aço
inoxidável, contendo quase 50 milhões de litros de água ultrapurificada e rodeado por um pouco mais de 10.000 amplificadores de luz e está enterrado no fundo de uma mina de
zinco. Controlado por 120 físicos de 23 instituições japonesas e americanas.
Desvendar o mistério dos neutrinos não é somente um desafio para os chamados
"caça-neutrinos", mas para toda comunidade física.
A astronomia tem grande interesse pelos neutrinos uma vez que eles são de grande valia para explicar o Universo. Continuará o universo a se expandir infinitamente, para algum momento se estabilizar? ou seu destino é contrair-se? È comprovada hoje a expansão do
universo por Efeito Doppler. Mas será que o universo é eterno?
A compreensão absoluta dos neutrinos tem importância fundamental
para os físicos, podem estar aí as impressões sobre a origem do Universo, e
oferecer o melhor modelo do Universo: aberto ou fechado. Isso depende da
quantidade de matéria que ele conter. Para nosso desalento, a matéria passível
de observação atualmente corresponde a aproximadamente 5% da matéria total do
Universo, sendo que os preponderantes 95% são compostos supostamente pela
chamada matéria escura. Essa matéria pode ser composta por neutrinos, mesmo com massa diminuta, caso contrário a física teórica dispõe de um suprimento abundante de
novas partículas (áxions, winos, wimps,...) de existência prevista.
O estudo a cerca dos neutrinos obriga os cientistas a "repensar" nos dois grandes pilares
da física moderna: o modelo padrão, e sobre o grande reator nuclear: o Sol.
Embora mínima, os neutrinos possuem massa de repouso, por isso não atingem exatamente a velocidade da luz, assim como o elétron, por exemplo. A velocidade (v)
que um elétron pode adquirir, é algo próximo à velocidade da luz (c) no
vácuo, mas nunca v=c, pois essa particula possui massa de repouso, algo
da ordem de 9,11x10-31Kg.
Os neutrinos percorrem o espaço à velocidade da luz, num segundo,
bilhões dessas partículas passam através de nós, sem que possam ser detectadas pois praticamente não interagem com nada;
embora pareçam partículas-fantasmas, existem desde o Big-Bang ou seja, a cerca
de uns 15 bilhões de anos.
"(...) O Sol é uma entre muitas estrelas, uma insignificante estrela à borda da nossa galáxia.
A
Terra tem, talvez, apenas um terço da idade do Universo e seguramente
irá desaparecer quando o Sol esgotar o seu combustível e se tornar uma
estrela gigante vermelha.
Nós, humanos, estamos na Terra há menos de
um milhão de anos, um simples piscar de olhos no tempo cosmológico.(...)
os nêutrons e prótons de que somos feitos não são a forma de matéria
predominante no Universo." (Halliday, Resnick & Walker; vol.4)
Enfim, essas descobertas só fazem aumentar a certeza em relação a nossa insignificância no grande esquema do Universo.
Silvana Da Dalt
mande-me um email:
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Páginas em português
Mais informações sobre neutrinos
pt.wikipedia.org/wiki/Neutrino
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Páginas em inglês
wwwlapp.in2p3.fr/neutrinos/aneut.html
Neutrino no país das Maravilhas
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