doi.org/10.1103/PRXQuantum.4.010315
Credibilidade: 999
#Decaimento
Cientistas desenvolveram um método para detectar o decaimento nuclear através do movimento sutil de micropartículas, aprimorando nossa compreensão de partículas difíceis de detectar, como os neutrinos.
Essa descoberta abre caminho para a criação de ferramentas melhoradas de monitoramento nuclear, que podem ser potencializadas por futuras tecnologias quânticas.
Radioatividade no Dia a Dia:
A radioatividade está presente ao nosso redor, inclusive em itens do cotidiano. Por exemplo, bananas contêm pequenas quantidades de potássio radioativo, com cerca de 10 núcleos se decompondo a cada segundo em uma banana típica. Embora essas quantidades sejam insignificantes e não perigosas, há um crescente interesse científico em aumentar a precisão das ferramentas para detectar esses decaimentos nucleares.
Avanços na Detecção de Decaimento Nucleares:
Recentemente, cientistas conseguiram detectar mecanicamente decaimentos nucleares individuais em micropartículas (tamanho de um grão de poeira) pela primeira vez. A pesquisa utilizou uma nova técnica. Em vez de medir a radiação emitida pelos núcleos, os pesquisadores analisaram o pequeno “empurrão” que a micropartícula, contendo o núcleo em decaimento, sofria quando a radiação escapava.
Essas técnicas podem nos ajudar a entender melhor as partículas emitidas durante as decaimentos nucleares, que seriam difíceis de detectar de outra forma. Por exemplo, os decaimentos de potássio em uma banana emitem partículas chamadas neutrinos, que interagem de forma tão fraca com a matéria que escapam sem serem detectados. Uma maneira de estudar esses neutrinos é observar quanto eles “empurram” a micropartícula ao saírem.
Além disso, essas técnicas podem identificar material radioativo em uma única partícula de poeira. Isso poderia permitir o desenvolvimento de novas ferramentas para monitoramento nuclear e não proliferação. A capacidade de observar esses pequenos “empurrões” é, no entanto, limitada pela mecânica quântica e pelo princípio da incerteza de Heisenberg. Futuramente, técnicas de sensoriamento quântico podem aprimorar ainda mais esse método.
Utilização de Pinças Ópticas no Sensoriamento Quântico
Nesta pesquisa, os cientistas inseriram núcleos radioativos de chumbo-212 em micropartículas de sílica com um diâmetro de aproximadamente 3 micrômetros. Essas micropartículas foram capturadas em um alto vácuo com pressões inferiores a 10″¹? atmosferas, para minimizar ruídos causados por flutuações térmicas. A captura foi realizada utilizando um laser focado no centro da câmara de vácuo, que confinou a micropartícula a uma pequena região próxima ao foco do laser (formando uma “pinça óptica”). Os pesquisadores usaram a luz dispersa pela micropartícula para registrar sua posição e procurar pequenos saltos em seu movimento que poderiam ocorrer devido aos decaimentos nucleares.
Os decaimentos do chumbo-212 produziram núcleos filhas instáveis, que eventualmente se decomporam emitindo uma partícula alfa. Quando as partículas alfa escaparam das micropartículas, duas assinaturas foram detectadas. Primeiro, a carga elétrica da micropartícula mudou, uma alteração detectada com precisão melhor do que a de uma única carga elementar. Segundo, o pequeno recuo de toda a micropartícula (que é mais de um trilhão de vezes mais pesada que a partícula alfa) pôde ser medido.
Potencial Futuro da Detecção de Nanopartículas:
Ao aplicar essas técnicas em nanopartículas ainda menores, será possível detectar o “empurrão” de uma única partícula beta, gama ou neutrino ao sair da esfera. Limitações fundamentais para essa medição são impostas pela mecânica quântica. A medição da posição da nanopartícula utilizando luz gera ruído, devido às flutuações no número de quanta de luz (“fótons”) que interagem com a nanopartícula. Técnicas de sensoriamento quântico podem, eventualmente, ser utilizadas para superar o “limite quântico padrão” que se aplica às medições simultâneas da posição e do momento da nanopartícula. Ao empregar luz comprimida ou métodos semelhantes, focando exclusivamente na medição do momento da partícula – apesar da troca com um aumento do ruído na posição, que é menos crítico – é possível detectar recuos ainda menores.
Publicado em 04/10/2024 00h35
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