Cientistas estão usando a própria Terra como laboratório
para detectar partículas elusivas que podem comprovar a existência
de uma quinta força fundamental no Universo.
O Modelo Padrão da Física é baseado em quatro
forças fundamentais - gravidade, eletromagnetismo, força
fraca e força forte, estas duas últimas atuando em escala
atômica.
Mas teorias sugerem que pode haver uma quinta força, que permitiria
que partículas subatômicas "sintam" umas às
outras em distâncias extremamente grandes.
São as chamadas interações spin-spin de longo
alcance, que seriam uma propriedade fundamental dessas partículas
- partículas virtuais que seriam tão estranhas que os
próprios físicos costumam chamá-las de "não-partículas"
(unparticles).
Se elas de fato existirem, essa exótica quinta força
da natureza conectaria a matéria na superfície da Terra
com a matéria a centenas, ou mesmo milhares, de quilômetros
abaixo da superfície.
Isso significaria que as partículas fundamentais constituintes
dos átomos - elétrons, prótons e nêutrons
- poderiam "sentir" umas às outras mesmo separadas
por distâncias muito grandes.
Além de uma nova peça no quebra-cabeças da física,
essa nova partícula traria uma ferramenta totalmente nova para
estudar o inacessível interior da Terra, dando informações
sobre as características e a composição do manto.
Não-partícula
O momento angular intrínseco, ou spin, uma propriedade dos elétrons,
é normalmente explicada por uma analogia com a interação
magnética entre dois ímãs.
Dependendo de como você posiciona os pólos magnéticos
de um ímã, as interações dipolo podem criar
uma atração ou uma repulsão entre os ímãs.
Os físicos interpretam a interação magnética
entre os spins de duas partículas como sendo uma consequência
da troca de "fótons virtuais".
Alguns deles têm sugerido que pode haver outros tipos de partículas,
além dos fótons, que podem ser trocadas virtualmente entre
dois spins.
Embora um pico detectado no acelerador Tevratron, nos EUA, em 2010,
tenha deixado os pesquisadores entusiasmados com a identificação
dessa não-partícula, os resultados até agora não
têm sido conclusivos.
Interações spin-spin de longo alcance
Larry Hunter e seus colegas, da Universidade Amherst, deram um impulso
totalmente novo à busca pela não-partícula.
Eles projetaram um equipamento para tentar detectar interações
entre os "geoelétrons" no manto e partículas
subatômicas na superfície da Terra.
Eles essencialmente estudaram se os spins de elétrons, nêutrons
e prótons medidos em vários laboratórios ao redor
da Terra podem ter uma energia diferente dependendo de sua orientação
em relação à Terra - com uma analogia muito próxima
ao mecanismo de funcionamento de uma bússola.
Os spins polarizados se originam principalmente de elétrons
de minerais ricos em ferro no manto da Terra, que se alinham com o campo
magnético do planeta.
"Nossos experimentos eliminaram [a possibilidade] dessa interação
magnética, então procuramos por alguma outra interação
em nossos spins experimentais. Uma das interpretações
dessa 'outra interação' é que pode ser uma interação
de longo alcance entre os spins em nosso equipamento e os spins dos
elétrons no interior da Terra, que estão alinhados pelo
campo geomagnético," disse Hunter.
O estudo resultou em um mapa da magnitude e direção
dos spins dos elétrons através da Terra, criado a partir
de um modelo do interior da Terra e de medições precisas
das linhas do campo geomagnético.
[Imagem: Daniel Ang/Larry Hunter (Amherst College)]
Encantoando a quinta força
Embora os dados não tenham sido conclusivos, eles serviram para
estipular limites muito mais precisos para a faixa de valores que a
quinta força pode ter.
Graças ao grande número de elétrons polarizados,
a equipe foi capaz de limitar a magnitude da interação
spin-spin entre dois elétrons muito distantes um do outro para
um valor cerca de um milhão de vezes menor do que a sua atração
gravitacional.
O estudo resultou em um mapa da magnitude e direção dos
spins dos elétrons através da Terra, criado a partir de
um modelo do interior da Terra e de medições precisas
das linhas do campo geomagnético.
Os resultados deverão ajudar na elaboração de
novos experimentos mais precisos, que possam finalmente detectar a quinta
força fundamental - se ela de fato existir.
Segundo os físicos, os resultados poderão ser positivos
mudando a posição geográfica e a orientação
de dois aparelhos de medição, que possam detectar diferenças
entre os valores dos spins com maior precisão.
Bibliografia:
Using the Earth as a Polarized Electron Source to Search
for Long-Range Spin-Spin Interactions
Larry Hunter, Joel Gordon, Stephen Peck, Daniel Ang, Jung-Fu Lin
Science
Vol.: 339 - 6122
DOI: 10.1126/science.1227460
Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias
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