{"id":2029,"date":"2019-04-26T05:39:22","date_gmt":"2019-04-26T05:39:22","guid":{"rendered":"http:\/\/ccvalg.pt\/astronomia\/wordpress\/?p=2029"},"modified":"2019-04-26T05:39:24","modified_gmt":"2019-04-26T05:39:24","slug":"observado-e-medido-o-mais-raro-processo-de-decaimento","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ccvalg.pt\/astronomia\/wordpress\/2019\/04\/26\/observado-e-medido-o-mais-raro-processo-de-decaimento\/","title":{"rendered":"Observado e medido o mais raro processo de decaimento"},"content":{"rendered":"\n
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A experi\u00eancia subterr\u00e2nea XENON. \u00c0 esquerda est\u00e1 o tanque com um poster que mostra o seu interior. \u00c0 direita est\u00e1 uma \u00e1rea com tr\u00eas andares que serve de manuten\u00e7\u00e3o.
Cr\u00e9dito: Projeto XENON<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

O Universo tem quase 14 mil milh\u00f5es de anos. Um per\u00edodo de tempo inconceb\u00edvel pelos padr\u00f5es humanos – mas comparado a alguns processos f\u00edsicos, \u00e9 apenas um momento. Existem n\u00facleos radioativos que decaem em escalas de tempo muito maiores. Usando o detetor XENON1T no Laborat\u00f3rio Nacional Gran Sasso do INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, It\u00e1lia), os cientistas foram capazes de observar pela primeira vez o decaimento dos n\u00facleos at\u00f3micos X\u00e9non-124.<\/p>\n\n\n\n

A meia-vida de um processo \u00e9 o tempo ap\u00f3s o qual metade dos n\u00facleos radioativos presentes numa amostra decai. A meia-vida medida para o X\u00e9non-124 \u00e9 cerca um bili\u00e3o de vezes maior do que a idade do Universo. Isto faz com que o decaimento radioativo observado, a chamada dupla captura de eletr\u00f5es do X\u00e9non-124, seja o processo mais raro alguma vez observado num detetor. “O facto de que conseguimos observar este processo demonstra diretamente qu\u00e3o poderoso \u00e9 o nosso m\u00e9todo de dete\u00e7\u00e3o – tamb\u00e9m para sinais que n\u00e3o s\u00e3o de mat\u00e9ria escura,” disse o professor Christian Weinheimer da Universidade de M\u00fcnster (Alemanha) cujo grupo lidera o estudo. Al\u00e9m disso, o novo resultado fornece informa\u00e7\u00f5es para futuras investiga\u00e7\u00f5es sobre os neutrinos, a mais leve de todas as part\u00edculas elementares cuja natureza ainda n\u00e3o \u00e9 totalmente compreendida. O XENON1T \u00e9 um projeto experimental conjunto de cerca de 160 cientistas da Europa, dos EUA e do M\u00e9dio Oriente. Os resultados foram publicados na revista cient\u00edfica Nature.<\/p>\n\n\n\n

Um detetor sens\u00edvel de mat\u00e9ria escura<\/h4>\n\n\n\n

O Laborat\u00f3rio Gran Sasso do INFN na It\u00e1lia, onde os cientistas est\u00e3o \u00e0 procura de part\u00edculas de mat\u00e9ria escura, est\u00e1 localizado a cerca de 1400 metros abaixo do maci\u00e7o de Gran Sasso, bem protegido dos raios c\u00f3smicos que podem produzir sinais falsos. Considera\u00e7\u00f5es te\u00f3ricas preveem que a mat\u00e9ria escura dever\u00e1 “colidir” muito raramente com os \u00e1tomos do detetor. Esta suposi\u00e7\u00e3o \u00e9 fundamental para o princ\u00edpio do funcionamento do detetor XENON1T: a sua parte central consiste de um tanque cil\u00edndrico com aproximadamente 1 metro de comprimento preenchido com 3200 kg de x\u00e9non l\u00edquido a uma temperatura de -95\u00ba C. Quando uma part\u00edcula de mat\u00e9ria escura interage com um \u00e1tomo de x\u00e9non, transfere energia para o n\u00facleo at\u00f3mico que, posteriormente, excita outros \u00e1tomos de x\u00e9non. Isto leva \u00e0 emiss\u00e3o de sinais fracos de radia\u00e7\u00e3o ultravioleta que s\u00e3o detetados por meio de sensores de luz sens\u00edveis localizados nas partes superiores e inferiores do cilindro. Os mesmos sensores tamb\u00e9m detetam uma quantidade min\u00fascula de carga el\u00e9trica libertada pelo processo de colis\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n

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Na dupla captura de eletr\u00f5es, dois eletr\u00f5es e dois prot\u00f5es s\u00e3o convertidos simultaneamente em dois neutr\u00f5es e dois neutrinos. S\u00e3o emitidos raios-X quando as lacunas dos eletr\u00f5es s\u00e3o subsequentemente preenchidas.
Cr\u00e9dito: Projeto XENON <\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

O novo estudo mostra que o detetor XENON1T \u00e9 tamb\u00e9m capaz de medir outros fen\u00f3menos f\u00edsicos raros, como a dupla captura de eletr\u00f5es. Para entender este processo, temos que saber que um n\u00facleo at\u00f3mico normalmente \u00e9 composto por prot\u00f5es (carregados positivamente) e neutr\u00f5es (neutros), rodeados por v\u00e1rias camadas at\u00f3micas ocupadas por eletr\u00f5es (carregados negativamente). O X\u00e9non-124, por exemplo, tem 54 prot\u00f5es e 70 neutr\u00f5es. Na dupla captura de eletr\u00f5es, dois prot\u00f5es no n\u00facleo “capturam” simultaneamente dois eletr\u00f5es da camada mais interna da concha at\u00f3mica, transformam-se em dois neutr\u00f5es e emitem dois neutrinos. Os outros eletr\u00f5es at\u00f3micos reorganizam-se para preencher as duas lacunas na concha mais interna. A energia libertada neste processo \u00e9 transportada por raios-X e pelos chamados eletr\u00f5es Auger. No entanto, estes sinais s\u00e3o muito dif\u00edceis de detetar, j\u00e1 que a dupla captura de eletr\u00f5es \u00e9 um processo muito raro, escondido por sinais da radioatividade natural omnipresente.<\/p>\n\n\n\n

A medi\u00e7\u00e3o<\/h4>\n\n\n\n
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O pico a 64 keV da dupla captura de eletr\u00f5es do X\u00e9non-124 \u00e9 claramente vis\u00edvel neste gr\u00e1fico do espectro de fundo do XENON1T.
Cr\u00e9dito: Projeto XENON <\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Foi assim que a colabora\u00e7\u00e3o XENON conseguiu esta medi\u00e7\u00e3o: os raios-X da dupla captura de eletr\u00f5es no x\u00e9non l\u00edquido produziu um sinal inicial de luz, bem como eletr\u00f5es livres. Os eletr\u00f5es moveram-se para a parte superior cheia de g\u00e1s do detetor, onde geraram um segundo sinal de luz. A diferen\u00e7a de tempo entre os dois sinais corresponde ao tempo que os eletr\u00f5es levam para chegar ao topo do detetor. Os cientistas usaram este intervalo e a informa\u00e7\u00e3o fornecida pelos sensores que medem os sinais para reconstruir a posi\u00e7\u00e3o da dupla captura de eletr\u00f5es. A energia libertada no decaimento foi derivada da for\u00e7a dos dois sinais. Todos os sinais do detetor foram registados ao longo de um per\u00edodo de mais de um ano, no entanto, sem olhar para todos uma vez que a experi\u00eancia foi realizada de maneira “cega”. Isto significa que os cientistas n\u00e3o podiam aceder aos dados na regi\u00e3o energ\u00e9tica de interesse at\u00e9 que a an\u00e1lise terminasse para garantir que as expetativas pessoais n\u00e3o distorciam o resultado do estudo. Gra\u00e7as \u00e0 compreens\u00e3o detalhada de todas as fontes relevantes de sinais de fundo, ficou claro que 126 eventos observados nos dados foram, de facto, provocados pela dupla captura de eletr\u00f5es do X\u00e9non-124.<\/p>\n\n\n\n

Usando esta medi\u00e7\u00e3o sem precedentes, os f\u00edsicos calcularam a meia-vida extremamente longa de 1,8×10^22 anos para o processo. Este \u00e9 o processo mais lento alguma vez medido diretamente. Sabe-se que o \u00e1tomo Tel\u00fario-128 decai com uma meia-vida ainda mais longa, no entanto o seu decaimento nunca foi observado diretamente e a meia-vida foi inferida indiretamente de outro processo. Os novos resultados mostram como o detetor XENON1T pode detetar processos raros e rejeitar sinais de fundo. Enquanto dois neutrinos s\u00e3o emitidos no processo de dupla captura de eletr\u00f5es, os cientistas podem agora tamb\u00e9m procurar a chamada dupla captura de eletr\u00f5es sem neutrinos, o que poderia esclarecer quest\u00f5es importantes sobre a natureza dos neutrinos.<\/p>\n\n\n\n

Estado e perspetivas<\/h4>\n\n\n\n

O XENON1T obteve dados entre 2016 e dezembro de 2018, depois desativado. Os cientistas est\u00e3o atualmente a atualizar a experi\u00eancia para a nova fase “XENONnT”, que contar\u00e1 com uma massa de dete\u00e7\u00e3o ativa tr\u00eas vezes maior. Juntamente com um n\u00edvel de fundo reduzido, isto aumentar\u00e1 a sensibilidade do detetor uma ordem de grandeza.<\/p>\n\n\n\n

\/\/ XENON1T (comunicado de imprensa)<\/a>
\/\/ Universidade Rice (comunicado de imprensa)<\/a>
\/\/ Universidade de Coimbra (comunicado de imprensa)<\/a>
\/\/ Artigo cient\u00edfico (Nature)<\/a><\/p>\n\n\n\n

Saiba mais:<\/h4>\n\n\n\n

Not\u00edcias relacionadas:<\/strong>
Nature<\/a>
ScienceDaily<\/a>
PHYSORG<\/a>
UPI<\/a>
Newsweek<\/a>
Forbes<\/a>
Gizmodo<\/a>
TSF<\/a>
RTP<\/a><\/p>\n\n\n\n

Decaimento radioativo:<\/strong>
Wikipedia<\/a>
Meia-vida (Wikipedia)<\/a><\/p>\n\n\n\n

Dupla captura de eletr\u00f5es:<\/strong>
Wikipedia<\/a><\/p>\n\n\n\n

Efeito Auger:<\/strong>
Wikipedia<\/a><\/p>\n\n\n\n

Is\u00f3topos de X\u00e9non:<\/strong>
Wikipedia<\/a><\/p>\n\n\n\n

Neutrino:<\/strong>
Wikipedia<\/a><\/p>\n\n\n\n

Mat\u00e9ria escura:<\/strong>
Wikipedia<\/a><\/p>\n\n\n\n

Experi\u00eancia XENON:<\/strong>
P\u00e1gina oficial<\/a>
Wikipedia<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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