À medida que investigamos mais profundamente o funcionamento interno do universo, nossos experimentos de física de partículas se tornaram cada vez mais complexos. Para revelar os segredos das menores partículas subatômicas, os físicos devem tornar os coletores e detectores o mais frio possível, remover o máximo de ar possível e mantê-los o mais imóvel possível para obter resultados confiáveis.
Então, pelo menos, um físico está perguntando: e se apenas pulássemos tudo isso e montássemos nossos experimentos de física de partículas na lua?
Uma proposta publicada no banco de dados de pré-impressão arXiv no início deste ano argumenta que a lua é realmente um lugar bastante decente para se fazer física de alta energia.
Primeiro, está frio. Muito frio. Sem atmosfera e sem água, não há nada para transportar o calor da luz solar de um lugar para outro. À noite, com o sol abaixo do horizonte, as temperaturas caem para menos de 100 graus Fahrenheit (menos 73 graus Celsius) – na faixa de configurações criogênicas típicas da Terra. Durante o dia, as coisas ficam um pouco mais quentes, chegando a mais de 38 graus Celsius. Mas, como prova o gelo escondido nas sombras das crateras lunares, tudo o que você precisa para se refrescar é um pouco de sombra. Novamente, sem ar ou água, áreas fora da luz solar direta são muito frias.
Os físicos precisam dessas temperaturas frias por alguns motivos. Nos aceleradores, as temperaturas frias garantem que os ímãs supercondutores – usados para arremessar as partículas dentro do acelerador quase à velocidade da luz – não se derretam. Segundo, quanto mais quente o detector, mais barulho você tem que lidar ao tentar provocar os minúsculos sinais das partículas subatômicas. (Mais calor equivale a mais moléculas vibrando, o que equivale a mais ruído.)
Além das temperaturas frias, o fato de a lua não ter atmosfera também é um grande benefício. Os físicos precisam extrair todo o ar de seus aceleradores e detectores – não gostaria que suas partículas próximas da velocidade da luz se chocassem contra uma molécula de nitrogênio errante antes mesmo de começar. Mas a lua tem um vácuo 10 vezes melhor do que qualquer coisa que os físicos tenham fabricado em seus experimentos. E faz isso naturalmente, sem nenhum esforço.
Por fim, devido ao travamento das marés – o que significa que nosso corpo satélite leva a mesma quantidade de tempo para girar em torno de seu eixo (seu período de rotação) que faz para orbitar a Terra – a lua mantém a mesma face apontada para a Terra o tempo todo. Isso significa que um feixe de partículas lunares pode ser direcionado de volta para um laboratório de detecção na Terra, aproveitando a longa distância sem ter que trabalhar muito para alinhar a instalação.
Fábrica de neutrinos lunares
Talvez o uso mais promissor de um experimento físico lunar seja uma fonte de neutrinos. Os neutrinos são pequenas partículas fantasmagóricas e ágeis que não têm carga elétrica e quase nenhuma massa. Isso permite que eles passem pela matéria normal sem quase perceber – centenas de bilhões de neutrinos estão passando pelo seu corpo agora, e você não consegue sentir nada.
Escusado será dizer que os neutrinos são difíceis de estudar e entender. Eles são feitos em grandes quantidades em reações nucleares, então tudo o que seria necessário seria colocar uma usina nuclear na lua e deixá-la aberta. Os neutrinos que ele produz correria para a Terra, onde poderíamos buscá-los e estudá-los.
Uma propriedade agravante e misteriosa dos neutrinos é que eles são capazes de mudar tipos (ou “sabores” no jargão da física) enquanto voam. Por ter uma longa distância que separa a geração e a detecção de neutrinos, damos a mais neutrinos a chance de “mudar sabores” e podemos entender melhor esse comportamento. A lua é uma fonte perfeita: está longe o suficiente para conseguirmos longas distâncias, mas perto o suficiente para capturar neutrinos em quantidades suficientes para realmente estudar (e, presumivelmente, também solucionar problemas da instalação, se algo der errado).
Quem precisa da Terra, afinal?
Neutrinos não são a única coisa que uma instalação na Lua poderia disparar na Terra. Mesmo nossos coletores de partículas mais poderosos não podem se aproximar das energias que a natureza é capaz de gerar para lançar partículas (e se estamos sendo precisos, não podemos nem chegar perto de um bilionésimo dessas energias). A cada segundo de cada dia, partículas de alta energia penetram em nossa atmosfera, derrubando algumas moléculas e liberando uma chuva de subprodutos de partículas antes de atingir o solo.
Conhecidas como raios cósmicos, essas partículas provêm de algumas das fontes mais energéticas do universo (pense em supernovas), mas são pouco compreendidas. Então, o que realmente poderíamos usar é uma pistola de raios cósmicos – algo que os fabrique em outro lugar e os atire em nossa atmosfera para que possamos estudá-los. Que tal … a lua? Uma instalação na lua poderia produzir partículas de alta energia em grande quantidade, dispará-las em nossa atmosfera e observar os chuveiros resultantes do solo, ajudando-nos a entender melhor esse lado de alta energia do universo.
Mas por que parar aí? Por que não colocar os detectores na lua também? Um experimento completo de física de partículas, com fonte, acelerador e detector na Lua, oferece várias vantagens sobre os sistemas baseados na Terra. O gargalo número um aqui é a necessidade de um vácuo altamente controlado, que restringe os experimentos da Terra a serem relativamente compactos.
Mas na lua você recebe um aspirador de graça. E esse vácuo é muito, muito melhor do que o usado em experimentos com colisores de partículas. Você pode construir sua instalação do tamanho do seu coração, sem precisar investir em uma única bomba de ar. Essa é a grande vantagem.
Suponho que exista o menor desafio técnico de realmente chegar lá e criar experimentos sofisticados na Lua, mas, uma vez resolvida a física, poderá ocorrer um grande impulso lunar.
Publicado em 13/06/2020 04h28
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