Inédito: medimos a força nuclear fraca com precisão

Por , em 10.05.2018

Em um experimento inovador, físicos mediram com precisão a força nuclear fraca pela primeira vez.

O valor alcançado – 0,0719 (com uma margem de erro de 0,0045) – não significa muito para a maioria de nós, mas o estudo abre possibilidades empolgantes para o campo da física de partículas.

A medição foi um esforço internacional conduzido na instalação Thomas Jefferson National Accelerator Facility, comumente chamada apenas de “Jefferson Lab”, um laboratório pertencente ao governo americano.

As forças da natureza

A força nuclear fraca é uma das quatro forças fundamentais da natureza.

A gravidade é a mais conhecida delas, e também a mais fraca – embora impeça nossos objetos de flutuarem por aí, só notaremos seus efeitos pessoalmente se estivermos tratando de tanta matéria quanto um planeta inteiro.

Outra força com a qual estamos bem familiarizados é o eletromagnetismo. Nele, cargas opostas de prótons e elétrons são atraídas pela mediação de partículas de luz chamadas fótons.

Depois, há a força nuclear forte, que atua sobre minúsculas distâncias para ligar partículas chamadas quarks a prótons e nêutrons, através da passagem de uma partícula chamada glúon.

E, por fim, há a estranha força nuclear fraca, que transforma nêutrons em prótons, com um antineutrino de elétron e um elétron de sobra.

Obstáculos

Embora esteja muito longe de ser tão leve quanto a gravidade, a interação nuclear fraca representa apenas uma fração da atração entre as cargas de um próton e elétron. “Medir este efeito se mostrou difícil porque a força fraca é muito mais fraca do que a eletromagnética”, explicou Ross Young, da Universidade de Adelaide (Austrália).

O truque dos pesquisadores foi se aproveitar de uma descoberta feita nos anos 1950. A maioria das coisas na física segue algum tipo de regra de equilíbrio ou simetria. Por exemplo, se trocássemos cargas positivas por negativas, tudo ficaria praticamente igual.

Seguindo essa lógica, se mudássemos as posições de tudo em algum espelho gigante universal, a maioria das coisas não mudaria. A força nuclear fraca, no entanto, é uma exceção importante. Há um viés de esquerda e direita no colapso das partículas envolvidas com essa força, que nós notaríamos se o universo virasse de ponta cabeça.

Essa violação do que chamamos de “simetria da paridade” foi o que constituiu a base desse experimento.

O avanço

Girar elétrons em uma de duas direções (direita ou esquerda) e jogá-los em prótons faz com que eles ricochetem de maneira precisa, dependendo da direção, ou “helicidade”, de sua rotação.

“A diferença entre as duas configurações de helicidade é de menos de 300 para cada bilhão de elétrons espalhados”, disse Young. “Medindo essa pequena diferença com muita precisão, conseguimos determinar a fraca carga do próton”.

Os resultados do experimento estão alinhados com o que seria esperado dentro da nossa compreensão atual da física de partículas, o Modelo Padrão. Portanto, a descoberta em si não é surpreendente.

Vale notar, contudo, que o Modelo Padrão, por mais sólido que seja, possui muitas lacunas. Fenômenos como a energia escura e uma teoria da gravidade quântica não se encaixam bem nele e criam problemas.

Ainda precisamos descobrir o caminho certo para analisar essas propriedades, e ter uma maneira comprovada de sondar interações que normalmente ficariam escondidas no zumbido de forças mais fortes oferece aos físicos uma nova – e valiosa – ferramenta.

Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na prestigiada revista Nature. [ScienceAlert]

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