Físicos descobrem surpreendente uso para neutrons ultrafrios

Por , em 26.09.2013

Físicos descobriram uma nova ferramenta para o estudo do movimento de pequenas partículas ao longo de uma superfície, por exemplo, de um vírus que viaja ao longo de uma membrana celular.

Essa nova ferramenta utiliza nêutrons ultrafrios (UCNs, na sigla em inglês) que se movem mais lentamente do que a maioria das pessoas pode correr, e permitirá que os cientistas mapeiem o movimento de objetos pequenos com precisão anteriormente inatingível.

Desde sua descoberta em 1969, UCNs foram usados por físicos experimentais para responder a perguntas fundamentais sobre o universo, como a origem da matéria e de que forma a gravidade se encaixa no modelo padrão da física de partículas.

Esses experimentos são realizados através da “prisão” dos UCNs em armadilhas e o estudo e monitoramento de suas propriedades, como sua energia ou tempo de vida.

No entanto, a média de tempo de armazenamento dos UCNs nessas armadilhas foi sempre muito inferior ao esperado, o que afetava a qualidade de observações. Em 1999, o Dr. Valery Nesvizhevsky e seus colegas do Institut Laue-Langevin (França) descobriram um novo fenômeno que poderia explicar essa perda.

Eles notaram que, ocasionalmente, o UCN na armadilha dava um pequeno “chute térmico”. Isso ocorria apenas uma vez a cada 10 milhões de colisões, mas a origem deste “chute” era desconhecida.

Quando outras hipóteses foram descartadas, o Dr. Nesvizhevsky começou a considerar a influência das nanopartículas ou nanogotas, conhecidas por preencher uma camada imediatamente acima da superfície da maioria dos materiais, incluindo aqueles do interior da armadilha.

Para testar essa teoria, os cientistas colocaram amostras de materiais com camadas superficiais de nanopartículas com distribuição de tamanho conhecido nas armadilhas, e observaram suas interações.

A equipe descobriu que a alteração na energia do UCN foi induzida por colisões com nanopartículas em movimento, fornecendo assim a primeira prova de que estas nanopartículas não são estacionárias.

Os baixos níveis de energia de UCNs significam que eles costumam “se rebater” nas paredes internas e permanecer dentro da armadilha. No entanto, estes “chutes” de energia extra causados pela interação com as nanopartículas lhes dão energia suficiente tanto para vencer a gravidade e escapar para fora da armadilha, que é deixada aberta, quanto para passar através das suas paredes.

Este fenômeno tem duas consequências dramáticas: poderia explicar as discrepâncias nos resultados das experiências de 60 anos medindo o tempo de vida do nêutron, cujos números diferem por cerca de 10 segundos, muito mais do que as incertezas relatadas permitiriam (o número preciso do tempo de vida do nêutron poderia afetar conclusões sobre a origem da matéria no início do universo, bem como sobre o número de famílias de partículas elementares existentes na natureza, além de modificar os modelos de formação de estrelas); também dá a ciência uma ferramenta nova e precisa para estudar pela primeira vez como as nanopartículas se movimentam e interagem com superfícies de materiais, já que atualmente não existem outras técnicas para fazer essas medições.

As potenciais aplicações da nova técnica são vastas e incluem a criação de produtos químicos e semicondutores, conversores catalíticos, circuitos integrados utilizados em dispositivos eletrônicos e sais de haleto de prata usados em filmes fotográficos. A ferramenta pode também ser utilizada para estudar como moléculas biológicas se movem ao longo de uma superfície, tal como vírus ao longo de uma membrana biológica.

O Dr. Valery e seus colegas convidaram cientistas de várias disciplinas para fornecer amostras de suas próprias pesquisas com UCNs, a fim de provar a validade desta nova técnica.

“Encontramos este novo instrumento científico por acaso. Nunca pensamos que UCNs poderiam ter tais usos práticos. A implicação dessa descoberta para a física fundamental gerará debate. Já o potencial desta nova técnica para estudar a dinâmica de nanopartículas é uma certeza, e estamos ansiosos para trabalhar com pesquisadores de todas as disciplinas científicas para determinar o seu potencial”, disse. [ScienceDaily]

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