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O Neutrino ou Einstein estava errado…

 

Crónica (adaptada) publicada no Diário de Coimbra.

A luz solar demora cerca de oito minutos a atingir o planeta Terra, depois de percorrer cerca de 150 milhões de quilómetros a uma velocidade de aproximadamente 299 792 458 metros por segundo. (Diga-se, neste andamento, que a distância Terra – Sol varia ao longo do ano, devido à trajectória elíptica da Terra: É mínima no periélio, que ocorre no princípio de Janeiro (141 milhões de km) e máxima no afélio (152,1 milhões de km) por volta de 4 de Julho (Dia de Coimbra).

Albert Einstein considerou aquele valor como invariante e mostrou que ele era o limite superior inultrapassável para a velocidade de todas e quaisquer partículas e objectos no vácuo. A sua teoria da relatividade restrita, que entre outras se expressa na mais famosa equação do século XX – E = m c^2 (E para energia, m para massa, c a velocidade de propagação da radiação electromagnética no vácuo) -, parte precisamente da invariância da velocidade da luz e tem como consequência a existência de um limite superior para a velocidade: o m naquela equação vai crescendo à medida que a velocidade aumenta de modo a impedir que uma partícula com massa alcance a velocidade da luz.

O físico português João Magueijo tem vindo, há mais de uma década, a investigar a hipótese de o valor de c variar ao longo da evolução do nosso Universo, “desafiando” assim a teoria da relatividade de Einstein. Divulgou essa hipótese ao grande público no livro “Mais rápido do que a luz”, publicado em Portugal pela Gradiva, em 2003.

O novo livro de Magueijo, com o título de “O Grande Inquisidor”, também editado pela Gradiva, conta a vida de Ettore Majorana, um físico italiano que terá sido o primeiro a propor a existência do neutrão, partícula sem carga presente no núcleo dos átomos. Majorana, que desapareceu misteriosamente, terá também trabalhado, “precocemente”, na previsão da existência da partícula conhecida por “neutrino”, a qual tem sido notícia nos últimos dias devido à descoberta, pelo menos aparente, de que pode assumir velocidades superiores às da luz (ver, por exemplo, aquiaqui eaqui)!

Mas o que é um neutrino?

Quando um neutrão é isolado de alguma forma de um núcleo atómico, os cientistas verificam que, em cerca de vinte minutos, ele “desaparece” aparecendo um protão e um electrão. Os primeiros investigadores a observar esta transformação ficaram intrigados porque, ao calcular (utilizando a equação de Einstein acima indicada) as energias envolvidas nessa transformação, estas não batiam certo: a soma das energias correspondentes ao protão e ao electrão resultante era inferior à energia do neutrão inicial!

A experiência parecia colocar em causa o princípio0 da conservação da energia, de certo modo semelhante ao princípio enunciado por Lavoisier da conservação da massa. No processo de transformação de um neutrão num protão e num electrão perdia-se, de alguma forma, energia. Num esforço teórico para “conservar”o princípio de conservação da energia (nada se cria, nada se perde, tudo se transforma!), Wolfgang Ernst Pauli (prémio Nobel da Física em 1945) propôs, como hipótese, a existência de uma outra partícula, indetectável pela tecnologia da época, que não teria carga eléctrica, mas que era responsável pela parte em falta no balanço energético! Essa hipotética partícula sem carga foi baptizada de “neutrino”. Os neutrinos viriam a ser detectados experimentalmente em 1956 na proximidade de reactores nucleares. E a confirmação da sua existência permitiu manter “incólume” o princípio da conservação da energia.

Os neutrinos, partículas muito difíceis de detectar por interagirem muito pouco com átomos ou com as partículas que os constituem, têm vindo a ser alvo de grande interesse por parte dos físicos e dos astrofísicos, quer para indagar a natureza íntima da matéria, quer para revelar a natureza do Universo longínquo. Sendo resultado de reacções nos núcleos atómicos, a detecção de neutrinos provenientes do “nosso” Sol foi mais uma confirmação da origem nuclear da energia das estrelas. Para além disso, a sua detecção na explosão da Supernova SN 1987A, em 1987, deu alento à astrofísica dos neutrinos como uma enriquecedora ferramenta para estudar o Universo.

Recebemos do centro do Sol um intenso fluxo de neutrinos (cerca de 65 mil milhões por segundo). Como estas partículas atravessam o nosso planeta praticamente sem interagirem com ele, podemos dizer, tal como escreveu Hubert Reeves, que o “Sol neutrínico nunca se deita” e, contrariamente à luz solar, somos banhados por fluxos solares de neutrinos numa alvorada permanente. Os neutrinos estão sempre a dizer-nos bom dia! Aliás, os neutrinos têm estado presentes nos novos dias da ciência, da nossa compreensão da natureza das coisas (De Rerum Natura) de que somos feitos e que nos rodeiam…

António Piedade

 

Via – De Rerun Natura

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Um Pouco de Física Quântica

“Qualquer um que não se choque com a Mecânica Quântica é porque não a entendeu.” (Niels Bohr)

 

 

 

No século XX, tivemos o grande privilégio de testemunhar duas grandes revoluções em nossa visão física do mundo. A primeira delas virou de cabeça para baixo nossas concepções de tempo e de espaço, combinando as duas naquilo que chamamos agora de espaço-tempo. A segunda dessas revoluções mudou completamente a maneira pela qual entendemos a natureza da matéria (elétrons e partículas subatômicas) e da radiação, fornecendo-nos uma visão da realidade  em que partículas comportam-se como ondas, e ondas, como partículas, em uma nova perspectiva na qual nossas descrições físicas normais estão sujeitas a incertezas essenciais e que objetos individuais podem se manifestar em diversos lugares ao mesmo tempo. Passamos a usar termos como “relatividade” para abranger a primeira dessas revoluções e “teoria quântica” para abarcar a segunda. Ambas postuladas por Albert Einstein.

 

A palavra “quântica” (do Latim, quantum) quer dizer quantidade. Na mecânica quântica, esta palavra refere-se a uma unidade discreta que a teoria quântica atribui a certas quantidades físicas, como a energia de um elétron contido num átomo em repouso. A descoberta de que as ondas eletromagnéticas podem ser explicadas como uma emissão de pacotes de energia (chamados quanta) conduziu a esse ramo da ciência que lida com sistemas moleculares, atômicos e subatômicos.

 

Os elétrons e outras partículas subatômicas não são nem ondas e nem partículas, são uma mistura das duas, que em um momento se mostram como onda e em outro como partícula. Heisenberg diz que a realidade fundamental em si é indeterminada. Tudo da realidade é e continuará sendo uma questão de probabilidades. No seu princípio da Incerteza mostra que nunca é possível saber exatamente a posição e o momentum* de uma dessas partículas subatômicas.  A física Newtoniana determinística dá lugar a uma física de probabilidades.

 

Os fenômenos que ocorrem em escala atômica e as suas implicações ao nível macroscópico são satisfatoriamente explicadas pela física quântica. Como não conseguimos perceber com nossos sentidos, o que  ocorre em escala atômica, não é possível descrever esse “novo” mundo com os conceitos da física clássica. Foi necessário desenvolver uma teoria completamente nova e diferente do que existia até então. Segundo as palavras de Stephen Hawking: “Na verdade, foi uma teoria extremamente bem-sucedida e sustenta quase toda a ciência e a tecnologia modernas.”

 

Vários aspectos pelos quais a teoria quântica descreve o mundo podem parecer absurdos à primeira vista (e possivelmente podem continuar sendo a segunda, terceira e quadragésima oitava vez). Por mais absurda que a mecânica quântica possa nos parecer, esse parece ser o caminho  que a Natureza escolheu – logo, temos que nos conformar.

 

* direção e sentido da partícula