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Antártica: Cientistas detectam partícula misteriosa sendo enviada para o espaço

Antártica: Cientistas detectam partícula misteriosa

Estranhos eventos no Pólo Sul são mais facilmente explicados pela nova física, diz Derek Fox, um astrofísico observacional da Pennsylvania State University. Como a cena de abertura de um romance de ficção científica, os cientistas detectaram uma partícula misteriosa sendo ejetada para o espaço a partir das profundezas da antiga calota de gelo do Polo Sul. Parece ser uma partícula de alta energia que viajou pelo espaço, por bilhões de anos colidiu com a Terra, e voltou ao espaço novamente, desafiando o que os físicos chamam de Modelo Padrão ( de sigla em inglês SM, para Standard Model) de física de partículas.

Mas os raios cósmicos não deveriam fazer isso, os cientistas começaram a se perguntar se esses feixes misteriosos são feitos de partículas nunca vistas antes.

Fox disse:

Um raio cósmico de energia ultra-alta do outro lado da Terra poderia ter gerado um novo tipo de partícula, cerca de 500 vezes mais massiva que o próton, que perfurou o planeta antes de decair para produzir a ducha de ar ascendente.

Um quadro teórico chamado supersimetria oferece candidatos que fariam esse truque..

Desde março de 2016, os pesquisadores se debruçaram sobre dois eventos na Antártida, onde raios cósmicos irromperam da Terra e foram detectados pela ANITA – Antarctic Impulsive Transient Antenna (Antena Transiente Impulsiva  na Antártica) da NASA – uma antena acoplada em um balão pairando sobre o continente sul, levando os físicos a propor várias teorias para esses raios cósmicos “ascendentes”, de neutrinos estéreis (neutrinos que raramente atingem a matéria) até “distribuições atípicas de matéria escura dentro da Terra”.

Antarctic Impulsive Transient Antenna – ANITA

Duas vezes nos últimos 13 anos, relata Adrain Cho para a revista Science, partículas do espaço sideral se espalharam pela Terra e subiram para a atmosfera acima da Antártida, desencadeando pulsos fracos de ondas de rádio que foram captados por um detector num balão a 35 quilômetros acima da calota polar. Esses dois eventos fizeram um buraco no modelo padrão das partículas e forças fundamentais dos físicos, e apontam para a existência de novas partículas, argumenta uma equipe de astrofísicos em um novo estudo.

“Então… gente? eu acho @steinly0 [Steinn Sigurdsson], alguns colegas e eu acabamos de quebrar o Modelo Padrão ”, twittou Fox. Mas Dave Besson, físico da Universidade do Kansas, em Lawrence, e membro da equipe que originalmente observou os eventos com o experimento do balão, diz que, dentro dessa colaboração, “não acho que haja alguém que esteja disposto a dizer que quebramos modelo padrão.”

ANITA, um experimento financiado pela NASA, flutuou sobre o Pólo Sul quatro vezes desde 2006. Ele procura principalmente evidências de partículas elusivas chamadas neutrinos, colidindo com o gelo abaixo e ativando um jato de partículas que emite ondas de rádio. ANITA ainda tem que detectar esses sinais.

No entanto, o instrumento encontrou sinais de rádio produzidos por outros tipos de partículas do espaço, conhecidos genericamente como raios cósmicos, à medida que colidem com a Terra.

Quando um raio cósmico, como um próton, atinge a atmosfera, desencadeia uma avalanche de partículas carregadas de alta energia, chamadas de ducha de ar. A trajetória do chuveiro se curva no campo magnético da Terra, o que faz com que ele produza ondas de rádio que se projetam à frente da “ducha” como um farol. Tipicamente, ANITA vê ondas de rádio das duchas de ar descendentes, depois que elas se projetam do gelo e refletem até o balão. Ocasionalmente, ANITA detecta ondas de rádio vindas diretamente das duchas de ar, viajando de lado na atmosfera a partir do horizonte.

Os dois sinais diferem de maneira fundamental. As ondas de rádio são polarizadas de um modo determinado pela direção do campo magnético da Terra. Mas essa polarização oscila quando as ondas de rádio refletem no gelo, enquanto um sinal de uma ducha lateral mantém sua polarização original.

No entanto, duas vezes, disse Cho para a revista Science, durante seu primeiro voo em 2006 e seu terceiro voo em 2014, ANITA detectou ondas de rádio estranhas com polarizações não-giradas surgindo da superfície abaixo, em vez do horizonte. Isso sugere que os sinais foram produzidos por duchas de ar apontadas para cima, disparadas por partículas que atravessavam a Terra. À primeira vista, isso não é um problema para o modelo padrão. Neutrinos mal interagem com a matéria, então um par de neutrinos cósmicos pode ter atravessado o planeta antes de bater em um núcleo atômico no gelo e disparado uma ducha aérea ascendente.

No entanto, quando examinados em detalhes, essa explicação se desfaz, argumentam Fox e seus colegas. Dadas as direções dos chuveiros, as partículas que as fizeram devem ter viajado por mais de 5.700 quilômetros de terra, estimam os pesquisadores. No entanto, os grandes tamanhos das duchas mostram que as partículas devem ter energia acima de 0,5 elétron-eletron volts, 70.000 vezes maior do que a energia obtida com o acelerador de partículas mais poderoso. Essa energia extrema aumenta a probabilidade dos neutrinos interagirem com outras matérias, de modo que não há chance de que um neutrino tão energético possa atravessar essa quantidade de rochas, argumentam os pesquisadores no novo artigo publicado no arXiv preprint server e submetidos ao Physical Review D.

Então, ANITA detectou uma partícula não contabilizada no Modelo Padrão? O novo artigo publicado em 26 de setembro no arXiv preprint server mostrou que houve mais partículas de alta energia do que as detectadas durante os dois eventos ANITA. Eles escreveram que, três vezes, o IceCube (o outro, maior observatório de neutrinos na Antártica mostrado no topo da página) detectou partículas semelhantes, embora ninguém tenha ainda conectado esses eventos ao mistério encontrado pelo ANITA…

…Fox diz que seu objetivo é levar a comunidade a levar a sério a possibilidade de que os resultados ANITA apontem para uma nova física. Ele enfatiza que não está reivindicando a descoberta de uma nova partícula. Mas ele adere à alegação no artigo de que os dados descartam uma explicação dentro do modelo padrão dos eventos, a nível de da confiança que os físicos de partículas exigem para reivindicar uma descoberta definitiva.

O destino de ANITA também pode depender do debate. A NASA ainda tem que financiar um quinto voo, diz Besson, e se isso ocorrer, o voo provavelmente se concentrará em tais eventos estranhos.

Combinando os conjuntos de dados IceCube e ANITA, os pesquisadores da Penn State calcularam que, qualquer que seja a partícula que esteja subindo das profundezas do Pólo Sul, ela tem muito menos que uma chance de 3,5 milhões de ser parte do Padrão. Modelo…

(Fonte)


Temos ainda uma longa estrada à nossa frente para começarmos a compreender de forma sólida toda a mecânica do Universo.

n3m3

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