O decaimento do próton existe e como o procuramos? Isso é o que estudo apresentado recentemente espera abordar enquanto uma equipe de pesquisadores internacionais investiga um conceito de uso de amostras da Lua para procurar evidências de decaimento de prótons, que continua sendo um tipo hipotético de decaimento de partículas que ainda não foi observado e continua a escapar aos físicos de partículas. Este estudo tem o potencial de ajudar a resolver um dos mistérios de longa data de toda a física, pois poderia permitir novos estudos em nível profundo e nas leis da natureza em geral.

Publicidade

Aqui, Universo hoje discute esta pesquisa com Dr., que faz pós-doutorado no Grupo de Cosmologia da Divisão INFN Ferrara, sobre a motivação do estudo, resultados significativos, importância da busca pelo decaimento de prótons, implicações para confirmar a existência do decaimento de prótons e transformar seu conceito em realidade. Portanto, qual é a motivação por trás do estudo?

Dr. Stengel conta Universo hoje esta pesquisa começou por volta de 2018 com o autor principal, Dr. Sebastian Baum, e outros cientistas em relação ao uso de paleodetectores, que é um método proposto para examinar partículas que abrangem vastos períodos de períodos geológicos. Isso levou a discussões com o coautor do estudo, Dr. Joshua Spitz – que se interessou por paleodetectores depois que vários artigos examinaram seu potencial para pesquisar matéria escura – e um dos alunos de doutorado do Dr. usado para descobrir a existência de decaimento de prótons. No entanto, a equipe publicou um estudo discutindo como não foi possível encontrar o decaimento de prótons na Terra devido aos neutrinos atmosféricos.

Publicidade

“Cerca de um ano depois de terminar o trabalho sobre neutrinos atmosféricos, Spitz sugeriu que considerássemos amostras minerais da Lua”, disse o Dr. Universo hoje. “Devido à falta de atmosfera, o fluxo de neutrinos induzido por raios cósmicos na Lua é altamente suprimido em comparação com a Terra. A supressão correspondente das interações de neutrinos induzidas por raios cósmicos em paleodetectores permite que uma busca pelo decaimento de prótons seja pelo menos viável em princípio.”

Para o estudo, os pesquisadores propuseram um conceito hipotético usando paleodetectores que envolveria a coleta de amostras minerais de mais de 5 quilômetros (3,1 milhas) abaixo da superfície lunar e sua análise quanto à presença de decaimento de prótons, seja na própria Lua ou no passado. Terra. Os pesquisadores observam que essas amostras de paleodetectores lunares podem produzir vidas úteis de prótons de até 1034 anos. Para contextualizar, a idade do universo é de aproximadamente 13,7 x 109 anos. Portanto, quais são os resultados mais significativos deste estudo?

Publicidade

Publicidade

Dr. Stengel conta Universo hoje“Para uma amostra mineral lunar que seja suficientemente radiopura para mitigar fundos radiogênicos e enterrada a profundidades suficientes para proteger de outros fundos de raios cósmicos, mostramos que a sensibilidade dos paleo-detectores ao decaimento de prótons poderia, em princípio, ser competitiva com a próxima geração experimentos convencionais de decaimento de prótons.”

Como observado, o decaimento de prótons continua a ser um tipo hipotético de decaimento de partículas e foi proposto pela primeira vez em 1967 pelo físico soviético e ganhador do Prêmio Nobel, Dr. Andrei Sakharov. Como o próprio nome indica, supõe-se que o decaimento do próton ocorra quando os prótons decaem em partículas menores que um átomo, também chamadas de partículas subatômicas. Conforme observado por este estudo recente e por vários estudos anteriores, o decaimento de prótons ainda não foi descoberto ou observado. No entanto, supõe-se que tenha potencial para compreender melhor o nosso universo e a origem da vida com tunelamento quântico sendo proposto como um processo de decaimento de prótons. Portanto, qual é o significado da busca pelo decaimento de prótons e que implicações sua existência poderia ter para a ciência e, especificamente, para o campo da física de partículas em geral?

Publicidade

Dr. Stengel conta Universo hoje, “O decaimento de prótons é uma previsão genérica das teorias da física de partículas além do Modelo Padrão (SM). Em particular, o decaimento de prótons poderia ser uma das únicas previsões de baixa energia das chamadas Grandes Teorias Unificadas (GUTs), que tentam combinar todas as forças que medeiam as interações SM em uma força com energias muito altas. Os físicos vêm projetando e construindo experimentos para procurar o decaimento de prótons há mais de 50 anos.”

Publicidade

Dr. Stengel continua: “A descoberta do decaimento de prótons, seja em um detector mineral ou em um experimento mais convencional, teria implicações incríveis para a ciência em geral e para a física de partículas em particular. Tal descoberta seria a primeira confirmação da física de partículas além do SM. Dependendo de quão bem o sinal de decaimento do próton puder ser caracterizado, poderemos aprender algo sobre a teoria fundamental da natureza.”

Conforme observado, o conceito hipotético proposto por este estudo usando detectores pálidos para detectar o decaimento de prótons na Lua exigiria a coleta de amostras pelo menos 5 quilômetros (3,1 milhas) abaixo da superfície lunar. Para contextualizar, as amostras mais profundas que os humanos já coletaram abaixo da superfície lunar foram pouco menos de 300 centímetros (118 polegadas) com as amostras de núcleo de perfuração obtidas dos astronautas da Apollo 17.

Publicidade

Na Terra, o buraco mais profundo feito pelo homem é o Furo superprofundo de Kola no norte da Rússia e mede aproximadamente 12,3 quilômetros (7,6 milhas) de profundidade vertical real, além de exigir vários furos para serem perfurados e vários anos para serem alcançados. Embora o estudo observe que o conceito proposto usando paleodetectores na Lua é “claramente futurista”, que passos são necessários para transformar este conceito de futurista em realista?

Dr. Stengel conta Universo hoje, “Como tomamos cuidado para não nos afastarmos muito de nossas respectivas áreas de especialização relacionadas à física de partículas, optamos por não especular muito sobre a logística real de realização de tal experimento na Lua. No entanto, também pensamos que este conceito era oportuno, uma vez que várias agências científicas em diferentes países estão a considerar um regresso à Lua e a planear um amplo programa de experiências.”

Publicidade

Dr. Stengel continua: “Como você mencionou, as amostras minerais precisariam ser extraídas de pelo menos cerca de 5 km de profundidade na crosta lunar. Assim, seria necessária uma plataforma de perfuração entregue e operada na Lua que fosse capaz de atingir tais profundidades. Embora este desafio logístico pareça assustador, salientamos que, por exemplo, a NASA prevê que cargas úteis suficientemente grandes serão eventualmente entregues à Lua como parte do programa Artemis.”

Como observado, este estudo surge como Programa Artemis da NASA planeja devolver astronautas à superfície lunar pela primeira vez em mais de 50 anos, com o objetivo de pousar também a primeira mulher e pessoa negra na superfície lunar. Além disso, à medida que o interesse científico em paleo-detectores continua a crescer, o conceito proposto neste estudo pode revelar-se cientificamente benéfico não só para descobrir o decaimento de protões, mas também para compreendermos melhor o nosso lugar no universo. Por fim, verifica-se que apenas uma pequena amostra será necessária para que este conceito proposto valha a pena.

Publicidade

Publicidade

Dr. Stengel conta Universo hoje, “Devido à exposição dos paleodetectores ao decaimento de prótons em escalas de tempo de bilhões de anos, apenas um quilograma de material alvo é necessário para ser competitivo com experimentos convencionais. Em combinação com a motivação científica e o recente impulso no sentido de devolver os humanos à Lua para empreendimentos científicos, pensamos que os paleodetectores poderão representar a fronteira final na procura do decaimento de protões.”

Como os paleodetectores ajudarão os cientistas a descobrir potencialmente o decaimento de prótons nos próximos anos e décadas? Só o tempo dirá, e é por isso que fazemos ciência!

Como sempre, continue fazendo ciência e olhando para cima!

Share. Facebook Twitter Pinterest LinkedIn Tumblr Email

Formado em Educação Física, apaixonado por tecnologia, decidi criar o site news space em 2022 para divulgar meu trabalho, tenho como objetivo fornecer informações relevantes e descomplicadas sobre diversos assuntos, incluindo jogos, tecnologia, esportes, educação e muito mais.