2200: Cientistas descobrem uma família de partículas imortais

CIÊNCIA

K. Verresen / TUM
As interações quânticas fortes impedem que estas estranhas partículas decaiam

Desafiando as leis que regem o universo da Física, uma equipa de cientistas acaba de descobrir uma família de partículas (quasipartículas) que, em sistemas quânticos, é capaz de se desintegrar e voltar a renascer numa série de ciclos sem fim – na prática, tratam-se de partículas imortais. 

De acordo com as leis da Física, em particular a segunda lei da termodinâmica, toda actividade ou processo aumenta a entropia de um sistema, isto é, a desordem molecular. O envelhecimento e o facto de um copo de vidro não voltar ao normal depois de partido são alguns dos exemplos deste fenómeno.

Agora, uma equipa de cientistas da Universidade Técnica de Munique (TUM), na Alemanha, descobriu uma excepção à norma universal: as regras tidas como impossível no mundo tal como o conhecemos, são possíveis na esfera microscópica.

“Até agora acreditava-se que as quasipartículas em sistemas quânticos interactivos decaíam depois de um determinado tempo, mas agora sabemos que este não é o caso: as interacções fortes pode inclusivamente para deter por completo a descomposição”, explicou Frank Pollmann, autor do estudo e professor na TUM, citado em comunicado.

De acordo com a nova investigação, cujos resultados foram esta semana publicados na revista científica Nature Physics, estas estranhas partículas podem decair e voltar a organizar-se, tornando-se virtualmente imortais.

Descritas pela primeira vez pelo Nobel da Física Lev Davidovich Landau, as quasipartículas representam um estado de “excitação colectiva” de várias partículas que ocorre no interior de corpos sólidos. Devido à interacção magnética ou eléctrica, o conjunto de partículas passa a comportar-se como se se tratasse de uma só. Os fotões são exemplos de quasipartículas.

“Até então não sabíamos detalhadamente quais os processos que influenciavam o destino destas quasipartículas nos sistemas interactivos, mas agora temos métodos numéricos com os quais podemos calcular interacções complexas e computadores com um desempenho alto o suficiente para resolver estas equações, sustentou Pollmann.

Recorrendo a estas tecnologias, a equipa realizou uma série de simulações complexas para perceber o comportamentos destas partículas. “É verdade que [as quasipartículas] se desintegram, mas novas entidades de partículas idênticas emergem dos seus escombros”, afirmou Ruben Verresen, autor principal do estudo, explicando o mecanismo pelo qual estas partículas voltam à “vida”.

“Se o decaimento ocorre muito rapidamente, após um certo período de tempo dá-se uma reacção inversa e os detritos convergem novamente. Este processo pode ser repetido indefinidamente, como uma oscilação sustentada no tempo entre a decadência e o renascimento”, argumentou o especialista.

Do ponto de vista da Física, pode ler-se na mesma nota da universidade, a oscilação em causa é uma onda que é depois transformada em matéria que, de acordo com a dualidade onda-partícula prevista na mecânica quântica, é possível. Por isso, concluem os cientistas, as imortais quasipartículas não transgridem a segunda lei da termodinâmica: a sua entropia permanece constante, a decadência foi interrompida.

“O nosso trabalho é pura investigação básica“, acrescentou Pollmann, dando conta que no futuro “é perfeitamente possível” que algum destes resultados possam ser aplicados, por exemplo, na construção de memórias de dados de longo prazo para futuros computadores quânticos.

SA, ZAP //

Por SA
19 Junho, 2019

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1437: Desafiando as leis da Física, partículas de poeira gigantes viajaram do Saara até às Caraíbas

CIÊNCIA

Luca Galuzzi – www.galuzzi.it / wikimedia

A deslocação entre continentes das partículas de poeira do deserto do Saara é comum, mas, neste caso, as partículas eram quase 50 vezes maiores do que se acreditava poder ser transportado pelo vento.

No último verão, os carros cobriram-se com poeira castanha, oriunda do Norte de África. A deslocação entre continentes das partículas de poeira do deserto do Saara é comum, mas não só foram detectadas a uma distância recorde de 3.500 quilómetros, como ainda são 50 vezes maiores do que os cientistas julgavam ser possível.

“Estas partículas de pó são levantadas do deserto do Saara e transportadas entre continentes e a maioria das pessoas conhece-as das situações em que acabam por cobrir os carros ou quando provocam aqueles sinistros céus cor de laranja“, afirma Giles Harrison, professor de Física Atmosférica da Universidade de Reading, em Inglaterra, co-autor do estudo publicado no Science Advances a 12 de Dezembro.

Porém, “as ideias existentes não permitem que partículas tão massivas viagem distâncias tão vastas pela atmosfera, o que sugere que há um processo atmosférico ou uma combinação de processos ainda desconhecidos que as mantém no ar.”

A equipa de investigadores recolheu partículas de poeira em bóias e armadilhas subaquáticas de sedimentos em cinco locais no Oceano Atlântico, entre 2013 e 2016. Se a convicção científica era de que partículas a esta distância poderiam ter entre 0,01 a 0,02 milímetros de diâmetro, as que foram localizadas nas Caraíbas tinham 0,45 milímetros.

“O facto de partículas maiores de poeira se manterem a flutuar na atmosfera durante muito tempo é considerado um conflito com as leis da física e da gravidade“, considera Michele van der Does, outro autor do estudo.

O papel destas partículas, sobretudo na formação de nuvens e no ciclo de carbono dos oceanos não tem tido destaque nos modelos usados para explicar e prever as alterações climáticas porque se pensava que não tinham capacidade para persistir na atmosfera.

“Esta evidência de poeira e cinzas em movimento é significativa porque estas partículas influenciam a transferência de radiação ao redor da Terra e os ciclos de carbono nos oceanos”, diz Harrison.

À medida que dispersam e absorvem a radiação solar que chega, estas partículas têm o poder de realmente alterar as nuvens, influenciando o clima do planeta. A poeira pode até ter um impacto indirecto no desenvolvimento de ciclones tropicais.

Os investigadores ainda não encontraram uma explicação para o fenómeno, mas acreditam que pode ter a ver com a carga das partículas e as forças eléctricas associadas.

ZAP // Science Alert

Por ZAP
22 Dezembro, 2018

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1089: Cientistas do CERN descobriram duas novas partículas (e pode haver uma terceira)

kotedre / DeviantArt
Detalhe do LHC, Large Hadron Collider, acelerador de partículas do CERN

Óptimas notícias para a Física de Partículas. Cientistas do CERN observaram duas partículas nunca antes vistas no Grande Colisionador de Hadrões (LHC) – e rastrearam evidências de uma terceira.

As duas novas partículas, previstas no modelo padrão de quarks, são bariões – a mesma família de partículas dos protões que são utilizados nos procedimentos científico de aceleração de partículas do LHC.

Os bariões são as partículas que mais abundantemente compõem o Universo, incluindo protões e neutrões – as partículas ecompostas por três partículas fundamentais, os quarks. Estes quarks têm ainda quatro tipos: up, down, top, bottom, charm e strange.

Os protões consistem em dois quarks up e um down. Já os neutrões, possuem um quark up e dois down. No entanto, as partículas recém-descobertas no Grande Colisionador de Hadrões têm uma composição ligeiramente diferente.

As novas partículas – apelidadas de Named Σb(6097)+ and Σb(6097) – consistem em dois quarks up e um bottom e em dois quarks down e um bottom, respectivamente.

As novas partículas subatómicas são conhecidas como bariões inferiores e, estão relacionadas com outras quatro partículas observada no Fermilab – laboratório especializado em Física de partículas nos Estados Unidos.

Contudo, as novas observações marcam a primeira vez que os cientistas detectaram estas contra-partes de massa superior – cerca de seis vezes mais massivas que um protão.

A terceira partícula

Quanto à terceira partícula, que ainda não foi confirmada, os físicos acreditam que possa ser um estranho tipo de uma partícula composta chamada de tetraquark. Estas partículas são um tipo exótico de mesão, normalmente constituído por dois quarks.

No entanto, um tetraquark é composto por quatro quarks, tal como o nome indica – na verdade, são dois quarks e dois antiquarks.

Até agora, as evidências observadas de tetraquarks têm sido bastante difíceis de definir, e o mesmo se aplica a esta terceira partícula. A evidência da possível terceira partícula foi apelidada de Zc(4100) e inclui dois quarks charm pesados, sendo observados no decaimento de mesões B (os mais pesados).

Os investigadores disponibilizaram recentemente dois artigos em pré-publicação sobre a descoberta, um sobre as partículas confirmadas, os bariões inferiores, e outro sobre a terceira partícula candidata.

O Grande Colisionador de Hadrões, o maior acelerador de partículas de mundo, vai certamente continuar a maravilhar-nos com as novas descobertas no mundo da Física de partículas. Até lá, podemos sempre recordar as descobertas anteriores.

No final de Agosto, e pela primeira vez, os físicos observaram o bosão de Higgs a decair num par de partículas ainda mais pequenas. Esta partícula subatómica, celebrizada como a Partícula de Deus, deu destaque ao laboratório internacional em 2013, quando a sua descoberta foi anunciada.

Por ZAP
30 Setembro, 2018

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757: É uma partícula muito misteriosa. Agora descobriu-se de onde vem

 

Pela primeira vez foi identificada a origem dos neutrinos cósmicos, numa galáxia a cinco mil anos-luz da Terra. O laboratório português LIP também assina a descoberta “que vai estar nos livros da física do futuro.”

O primeiro alerta veio do pólo sul e, em poucas horas, uma série de observatórios, incluindo telescópios em terra e satélites em órbita, já tinham apontado ao alvo: uma galáxia activa, com um buraco negro super-massivo no centro (um blazar na gíria da astrofísica), a quase cinco mil milhões de anos-luz daqui, a TXS 0506+056. Bingo!

Aí estava a descoberta: uma vasta colaboração internacional, que incluiu o laboratório português LIP, de Instrumentação e Física Experimental de Partículas, conseguiu identificar pela primeira vez uma fonte de neutrinos cósmicos, essas partículas tão misteriosas que, a estas altas energias (as mais elevadas que conhecem no universo), não se sabia de onde provinham.

Agora já se sabe. Essas galáxias activas, cujos buracos negros centrais estão a devorar parte da sua matéria e, ao mesmo tempo, a produzir jactos a altas energias (é assim que estes neutrinos, juntamente com raios gama, são lançados através do espaço), como é o caso deste blazar, são uma das fontes desses neutrinos cósmicos. É provável que existam outras, e isso é o que se verá a seguir. A certeza é a de que o modelo teórico ficou agora mais rico.

Para a astrofísica e o conhecimento do universo e dos seus processos, este “é um resultado extraordinário há muito procurado”, nas palavras dos próprios cientistas, que hoje publicam a descoberta na revista Science, Mas esta não é a única novidade do trabalho.

A própria forma como ele foi realizado acabou por ser uma aventura de perseverança e de cooperação, com a chave para descoberta a ser protagonizada por outra família de partículas: os fotões, que são as partículas da luz. Foram os fotões que permitiram aos vários observatórios do mundo que colaboraram nesta busca traçar o rumo até à TXS 0506+056.

“Esperámos 10 anos por este resultado, tivemos muitos falsos alertas, e agora aconteceu o primeiro alerta verdadeiro”, diz satisfeito o astrofísico italiano Alessandro de Angelis, professor no Instituto Superior Técnico e investigador do LIP, que participou na descoberta. “Trabalhei na análise dos dados do telescópio Magic, que está instalado nas Canárias”, conta.

Este telescópio, com 17 metros de diâmetro, é o maior no hemisfério norte, e foi uma das peças-chave nesta descoberta.

Alerta no pólo Sul

Tudo começou há poucos meses, a 22 de Setembro de 2017. Nesse dia, o detector do observatório de neutrinos IceCube, instalado há dez anos na Antárctida, justamente para “apanhar” estas partículas cósmicas arredias, captou um neutrino muito particular, por causa da sua energia extremamente elevada – o Sol, por exemplo, também produz neutrinos, mas não a estas energias. Seria ele originário de um daqueles objectos muito distantes e turbulentos do universo que a teoria apontava como possíveis fontes destas partículas, mas cuja realidade nunca tinha sido comprovada?

De acordo com os modelos teóricos, a produção de neutrinos cósmicos acontece nessas fontes, que produzem as energias mais elevadas que se conhecem no universo e que geram fluxos de partículas, incluindo neutrinos cósmicos e raios gama (fotões lançados a altas energias).

Ali estava, portanto, uma oportunidade rara para tentar verificar a presença dos fotões e traçar a sua proveniência. O Icecube enviou, então, um “alerta de neutrino” a todos os telescópios do mundo, e também aos que giram na sua órbita, para participarem nas observações. A ideia era tentar detectar os fotões associados a esse neutrino cósmico e, através deles, chegar à fonte de todas essas partículas emitidas em simultâneo.

O satélite Fermi, da NASA, ao qual Alessandro de Angelis esteve ligado durante vários anos como investigador – “fui um dos proponentes do satélite”, conta ao DN – conseguiu o primeiro sinal positivo. Ao apontar o seu pequeno telescópio na direcção do neutrino, o Fermi observou emissões de uma fonte de raios gama. E como não podia fazer mais a partir daí, lançou um telegrama astronómico para outros 14 detectores de raios gama no mundo, incluindo o telescópio Magic. 12 horas depois, este estava a confirmar a descoberta. Lá estava a TXS 0506+056, fonte de neutrinos cósmicos.

“Foi a primeira vez que vimos um acelerador destas partículas fora da nossa própria galáxia”, explica Alessandro de Angelis, sublinhando que este “é só o primeiro evento”, porque a partir de agora “torna-se mais fácil procurar e estudar outros objectos deste tipo”. Por isso, não tem dúvidas, este “é um resultado que vai estar nos livros da física do futuro”.

Para Mário Pimenta, presidente do LIP, a descoberta mostra também “a importância das observações em rede, sem as quais esta não teria sido possível”. Por isso, “este resultado consagra uma mudança de paradigma na observação do Universo”, já que foi graças a “detectores tão distintos como os de neutrinos, os de fotões e de ondas gravitacionais” que estão “organizados em redes globais, e localizados em sítios e ambientes tão distintos, da Antárctida ao espaço”, que isto se tornou possível.

Nessa linha, o LIP está, aliás, a trabalhar juntamente com cientistas do Brasil, Itália e República Checa, entre outros países, numa proposta de dois novos elos nesta cadeia de observatórios de partículas cósmicas, a serem instalados na América do Sul, a uma altitude de cinco mil metros.

Diário de Notícias
Filomena Naves
12 Julho 2018 — 16:00

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621: Detectada partícula que não deveria existir

(dr) Reidar Hahn / Fermilab

Uma recente experiência revelou a prova mais forte da existência de uma misteriosa partícula chamada “neutrino estéril”, um tipo de neutrino que passa pela matéria sem que haja internação.

Não é novidade. A existência desta partícula foi sugerida pela primeira vez há décadas, mas os cientistas nunca conseguiram encontrar provas concretas que confirmassem que a partícula realmente existe. Pelo contrário: muitas experiências contradisseram os resultados inicias.

Agora, os novos dados deixam os investigadores na dúvida. Se os neutrinos estéreis forem reais, isso significa que há algo muito estranho a acontecer no Universo que faz com que as experiências de física mais avançadas se contradigam.

Esta incerteza remonta a meados da década de 1990, quando o Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND), do Laboratório Nacional Los Alamos, nos Estados Unidos, encontrou evidências de uma misteriosa partícula: o neutrino estéril. Contudo, este resultado nunca mais voltou a ser observado, fazendo com que a ideia fosse deixada de lado.

O MiniBooNE, do Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), localizado próximo à cidade de Chicago, também nos Estados Unidos, apontou agora para a existência da tal partícula misteriosa.

Caso este resultado tenha vindo para ficar, significará uma grande revolução no campo da física, dado que será necessário rever o Modelo Padrão da Física de Partículas. O Modelo Padrão denomina a compreensão dos cientistas sobre as partículas existentes no Universo e explica como é que a matéria e a energia interagem no cosmos.

Algumas das partículas existentes, como os quarks e os electrões, são fáceis de imaginar: são, nada mais, nada menos, do que componentes dos átomos que compõem tudo o que existe no Universo.

Outras partículas, como os três neutrinos já conhecidos, são muito mais abstractas. São partículas de alta energia que fluem pelo Universo e interagem muito pouco com outras partículas – isto porque a interacção é feita através da força fraca e da gravidade.

A força fraca e a gravidade fazem com que alguns detectores especializados consigam encontrar essas partículas. No caso nos neutrinos estéreis isso não acontece, dado que não são identificáveis directamente. Aliás, este é um dos principais mistérios no que diz respeito a este tipo de partícula.

Algo está a acontecer, resta saber o quê

Tanto o LSND como o MiniBooNE dispararam feixes de neutrinos num detector escondido atrás de um isolador, de modo a bloquear todas as outras radiações. Depois são contados cuidadosamente os neutrinos de cada tipo que atingem esse mesmo detector.

Ambos já relataram mais detecções do que a descrição da oscilação de neutrinos do Modelo Padrão pode explicar, o que sugere que os neutrinos estão a oscilar em tipos mais pesados – “estéreis” – que o detector não consegue identificar directamente.

O resultado do MiniBooNE teve um desvio padrão medido em 4,8 sigma, pouco abaixo do limiar de 5,0 que os físicos procuram. Um resultado de 5,0 sigma tem 1 em 3,5 milhões de probabilidades de ser um equívoco, ou seja, alguma flutuação aleatória nos dados.

Segundo os cientistas, os resultados combinados do MiniBooNE e do LSND representam um resultado de 6,1 sigma, embora haja um certo grau de cepticismo em relação a esta afirmação.

Mas o maior mistério que continua ainda sem resposta é o facto de outros detectores, como o Oscillation Project with Emulsion-Tracking Apparatus, na Suíça, e o IceCube Neutrino Observatory, na Antárctida, não encontrarem a anomalia que o LSND e o MiniBooNE descobriram.

Kate Scholberg, física de partículas da Universidade de Duke, nos Estados Unidos, considera possível a anomalia ser “sistemática”, o que significa que há algo na maneira como os neutrinos estão a interagir com a configuração experimental que os cientistas ainda não conseguiram entender.

ZAP // HypeScience

Por ZAP
6 Junho, 2018

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