Pela primeira vez, os cientistas mediram a vida útil de um nêutron no vazio do espaço. A margem de erro significa que ainda não podemos reduzi-la, mas uma vez refinada a técnica, ela pode vir a mudar o jogo.
Veja bem, quando abrigadas com segurança no núcleo de um átomo, as partículas subatômicas que chamamos de nêutrons têm uma existência bastante estável. Uma vez ejetado desse núcleo, a vida útil de um nêutron é consideravelmente menor.
Quão curto? Bem, não sabemos exatamente, já que nossos métodos de medi-lo retornam dois resultados diferentes – mas os cientistas adorariam resolvê-lo. O novo método de medição de nêutrons no espaço pode ajudar a descobrir o mistério.
Por sua vez, isso poderia nos ajudar a entender melhor a rapidez com que os elementos se formaram da sopa de partículas que encheu o Universo logo após o Big Bang, cerca de 13,8 bilhões de anos atrás.
Esse processo é conhecido como nucleossíntese do Big Bang, e acredita-se que tenha ocorrido entre 10 segundos e 20 minutos após o Big Bang. Saber quanto tempo os nêutrons podem sobreviver por si só permitirá que os cosmólogos limitem o limite superior desse período.
“Esta é a primeira vez que alguém mede a vida útil dos nêutrons no espaço”, disse o cientista planetário Jack Wilson, do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins, principal autor do artigo que descreve os novos resultados.
“Isso prova a viabilidade desse método, que poderia um dia ser o caminho para resolver essa anomalia”.
Desde a década de 1990, duas classes diferentes de experimentos foram usadas aqui na Terra para tentar medir a vida útil de um nêutron: “garrafa” e “feixe”.
Nos métodos das garrafas, os cientistas criam uma armadilha – mecânica, gravitacional, magnética ou uma combinação – e medem quanto tempo os nêutrons dentro dela levam para se decompor.
Nos métodos de feixe, os cientistas disparam um feixe de nêutrons e contam os prótons e elétrons que resultam quando os nêutrons decaem.
Ambos os métodos são altamente precisos, mas há um grande problema. Os métodos de garrafa, em média, retornam um tempo de decaimento de 879,5 segundos, ou 14 minutos e 39 segundos, com uma margem de erro de 0,5 segundos. O método do feixe volta com uma média de 888 segundos, ou 14 minutos e 48 segundos, com uma margem de erro de 2 segundos.
Essa diferença de 9 segundos entre as duas médias pode não parecer muito, mas ao tentar diminuir a vida útil de um nêutron, é enorme – especialmente porque as margens de erro nem chegam perto de tocá-lo. E é aí que entra o espaço.
Quando os raios cósmicos que estão constantemente fluindo através do espaço colidem com átomos na superfície de um planeta ou em sua atmosfera, alguns nêutrons são soltos e abrem caminho para o espaço até se decomporem. Teoricamente, em altitudes mais altas, deve haver menos nêutrons – mas você precisa do instrumento certo na altitude certa para fazer medições.
Entre 2011 e 2015, a sonda MErcury Surface, Space Environment, GEochemistry e Ranging (MESSENGER) da NASA orbitou Mercúrio, mas sua rota era complicada, envolvendo dois vôos sobre vênus e três vôos de Mercúrio.
Enquanto passava por Vênus, o espectrômetro de nêutrons da MESSENGER coletava dados sobre os nêutrons que saíam do planeta a uma velocidade de alguns quilômetros por segundo.
A uma altitude mínima de 339 quilômetros (210 milhas), o MESSENGER estava próximo da distância máxima que esses nêutrons poderiam ter percorrido antes de decair. Medidas semelhantes foram tomadas durante os sobrevôos da Mercury, a uma altitude mínima de 205 quilômetros (127 milhas).
“É como um grande experimento com garrafas, mas em vez de usar paredes e campos magnéticos, usamos a gravidade de Vênus para confinar os nêutrons por tempos comparáveis aos da sua vida”, disse Wilson.
Para calcular a vida útil dos nêutrons, a equipe modelou quantos nêutrons eles deveriam detectar nas altitudes de sobrevôo venusiano para um intervalo de expectativa de vida, entre 10 e 17 minutos. De acordo com essa modelagem, uma vida útil de cerca de 780 segundos – 13 minutos – foi a melhor opção.
Mas esse resultado também veio com uma margem de erro de 60 segundos de qualquer maneira, o que significa que ainda está dentro do alcance das medições da garrafa e do feixe.
Portanto, a vida útil dos nêutrons ainda não está totalmente resolvida. De fato, MESSENGER não estava tentando coletar dados para esse tipo de cálculo. A capacidade de fazê-lo usando os dados do probe – mesmo com uma grande margem de erro – é impressionante.
E o sucesso das técnicas da equipe mostra que é importante tentar refinar a medição com uma missão dedicada. Várias agências espaciais estão atualmente considerando sondas de Vênus; e a equipe está trabalhando para descobrir um instrumento que possa fazer as medições precisas necessárias.
“Em última análise, queremos projetar e construir um instrumento de espaçonave que possa fazer uma medição de alta precisão da vida útil dos nêutrons”, disse Wilson.
Publicado em 16/06/2020 11h23
Artigo original:
- https://www.sciencealert.com/for-the-first-time-the-lifetime-of-a-neutron-has-been-measured-in-space
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