'Partículas fantasmas' podem ser o segredo por trás dos elementos mais pesados: WebCuriosos

Grandes átomos exigem grande energia para serem construídos. Um novo modelo de interações quânticas sugere agora que algumas das partículas mais leves do Universo podem desempenhar um papel crítico na forma como pelo menos alguns elementos pesados ​​se formam.

Físicos nos EUA mostraram como partículas “fantasmas” subatômicas conhecidas como neutrinos poderiam forçar os núcleos atômicos a se tornarem novos elementos.

Não só este seria um método totalmente diferente para construir elementos mais pesados ​​que o ferro, como também poderia descrever um caminho “intermédio” há muito hipotético que fica na fronteira entre dois processos conhecidos, a fusão nuclear e a nucleossíntese.

Para a maioria dos elementos maiores que o hidrogénio, o abraço caloroso de uma estrela grande e brilhante é suficiente para que os protões e os neutrões superem a sua forte necessidade de se separarem durante tempo suficiente para que outras interacções de curto alcance assumam o controlo. Este abraço de fusão libera energia adicional, ajudando os núcleos das estrelas a permanecerem quentinhos.

Quando os átomos crescem para cerca de 55 núcleons de tamanho – a massa de um núcleo de ferro – a adição de prótons extras requer mais energia do que o processo de fusão pode reembolsar.

Essa mudança na economia termonuclear significa que os pesos pesados ​​da tabela periódica só podem se formar quando nêutrons adicionais aderem à massa congelada das partículas nucleares por tempo suficiente para decair e vomitar um elétron e um neutrino, transformando-os no próton extra necessário para se qualificar como um novo elemento.

Normalmente, este processo é dolorosamente lento, prolongando-se ao longo de décadas ou mesmo séculos, à medida que os núcleos dentro de grandes estrelas se acotovelam, ganhando e perdendo neutrões frequentemente, com poucos a fazerem a mudança para a camada de protões no momento crítico.

Com um impacto suficiente, esse crescimento também pode ser surpreendentemente rápido – em questão de minutos, na confusão quente de estrelas em colapso e em colisão.

Mas alguns físicos teóricos têm se perguntado se existem outros caminhos, intermediários entre o processo lento ou 's' e o processo rápido ou 'r'.

“Não está claro onde os elementos químicos são produzidos e não sabemos todas as maneiras possíveis de produzi-los”, diz o principal autor do estudo, Baha Balantekin, físico da Universidade de Wisconsin, Madison.

“Acreditamos que alguns são produzidos em explosões de supernovas ou fusões de estrelas de nêutrons, e muitos desses objetos são governados pelas leis da mecânica quântica, então você pode usar as estrelas para explorar aspectos da mecânica quântica”.

Uma solução poderá ser encontrada na natureza quântica das torrentes de neutrinos – as partículas com massa mais abundantes no Universo – que se espalham pelos ambientes cósmicos.

Embora virtualmente sem massa, com quase nenhum meio de tornar a sua presença conhecida, os seus números absolutos significam que a emissão e a absorção ocasional destas efémeras “partículas fantasmas” ainda exercem uma influência sobre os orçamentos de protões e neutrões que circulam nas profundezas de estrelas massivas e de estrelas cósmicas cataclísmicas. eventos.

Uma peculiaridade bizarra do neutrino é o seu hábito de oscilar dentro de uma imprecisão quântica, alternando entre vários sabores de identidade enquanto voa através do espaço vazio.

Modelar um grande número de sabores de neutrinos em uma sopa caótica de núcleos é mais fácil de falar do que fazer, então os físicos muitas vezes os tratam como um sistema único, onde as propriedades das partículas individuais são consideradas como uma grande superpartícula emaranhada.

Balantekin e os seus colegas da Universidade George Washington e da Universidade da Califórnia, Berkeley, usaram esta mesma abordagem para compreender melhor como os ventos de neutrinos emitidos por uma estrela de neutrões recém-nascida que se choca contra o ambiente circundante poderiam servir como um processo intermédio de nucleossíntese.

Ao determinar até que ponto a identidade quântica dos neutrinos individuais depende da extensão deste estado emaranhado, a equipa descobriu que uma quantidade significativa de novos elementos poderia ser gerada por esta tempestade fantasmagórica.

“Este artigo mostra que se os neutrinos estiverem emaranhados, então há um novo processo aprimorado de produção de elementos, o processo i,” diz Com balanços

Embora os números se somem em teoria, testar a ideia é outra questão.

O estudo das interações dos neutrinos “fantasmagóricos” na Terra ainda está em sua infância, deixando os pesquisadores olhando para a distância do espaço em busca de evidências de novas maneiras pelas quais os maiores elementos se unem.

Esta pesquisa foi publicada em O Jornal Astrofísico.