O humilde nêutron está prestes a se tornar mais poderoso do que nunca

Jun 04, 2023

Os nêutrons têm um enorme potencial para o avanço da ciência em vários campos.

Para produzir os nêutrons livres necessários para a experimentação científica, uma nova instalação está sendo construída na Suécia.

A instalação será usada para investigar questões em domínios como imagens, ciência de materiais e investigação de antimatéria.

Os nêutrons são um herói desconhecido no mundo quântico. Eles não são carregados, não circulam e nem mesmo os contamos em números atômicos, embora constituam uma parte significativa da massa de um átomo.

Mas eles são absolutamente críticos. Sem eles, nada existiria. Os nêutrons permitem que os prótons que normalmente se repelem se agrupem em um núcleo e criem um átomo, que compõe praticamente todo o resto. (Exceto no hidrogênio - um próton não precisa de um nêutron para neutralizá-lo.)

Os nêutrons não são apenas críticos – eles também são úteis. Tão útil, e tão amplamente útil, na verdade, que toda uma instalação de pesquisa na Suécia chamada European Spallation Source (ESS) está atualmente em construção. Seu objetivo é ver quanto uso podemos obter dos nêutrons criando um feixe de partículas que pode ser usado para vários empreendimentos científicos.

O ESS é nomeado de forma descritiva, pois a chave para o uso de nêutrons em muita ciência é um processo chamado espalação. Isso envolve explodir os núcleos dos átomos com partículas de alta energia, de modo que o átomo seja desestabilizado e alguns dos nêutrons voem e se libertem. Os nêutrons livres também são produzidos por interações entre os raios cósmicos e nossa atmosfera, e por parte da radioatividade natural da Terra.

Então, uma vez que os nêutrons estão livres, que tipo de empreendimento científico está em jogo aqui?

Bem, depende de qual instrumento você deseja usar. Quando o ESS começar a funcionar, inicialmente será o lar de 15 instrumentos baseados em nêutrons - muitos dos quais com nomes muito bons como ODIN, BEER, T-REX e BIFROST) - cada um dos quais será configurado para fazer uso de nêutrons à sua maneira.

Um instrumento, por exemplo, estará trabalhando em imagens - não exatamente raios-X sofisticados, mas próximos o suficiente. Foque um feixe de nêutrons livres da maneira correta e você poderá ver através de um objeto. Não é revolucionário por si só, mas a natureza dos nêutrons significa que você pode ver coisas diferentes do que seria capaz de ver com um feixe de raios-X. E, além disso, muitas vezes, a imagem pode ser feita sem danificar o objeto – fundamental para examinar coisas como pergaminhos antigos muito delicados.

Outro instrumento será usado para criar efetivamente timelapses da vida real dos efeitos de nêutrons livres em objetos que podem ser danificados pela exposição repetida a essas partículas. Sabemos que os nêutrons livres podem causar a deterioração dos componentes elétricos com o tempo, e poder testar os efeitos de longo prazo dessa exposição em um laboratório permitirá que os fabricantes aprendam a fabricar componentes mais resistentes a nêutrons.

E – potencialmente mais empolgante – alguns anos após a abertura do ESS, quando for aprimorado ainda mais, a instalação começará a procurar o momento em que um nêutron transita da matéria para a antimatéria.

“Se você observar algo assim”, disse Valentina Santoro, física de partículas da ESS, em um comunicado à imprensa, “você pode entender um dos maiores mistérios não resolvidos: por que há mais matéria do que antimatéria no universo”.

"Você só precisa de um nêutron que se torne um antinêutron, e pronto, você encontrou esse processo onde a matéria se torna antimatéria", acrescentou Santoro.

Temos um tempo antes que o ESS possa começar seu trabalho - a instalação está programada para entrar em operação em 2027, e os experimentos de antimatéria não estão programados para começar por um tempo depois disso. Mas assim que estiver instalado e funcionando, fique atento. O nêutron está prestes a nos mostrar exatamente por que não deve ser subestimado.

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