O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 820, de 18 de abril de 2007 por Phillip F. Schewe e Ben Stein. PHYSICS NEWS UPDATE
UMA DAS ANOMALIAS DO NEUTRINO FOI RESOLVIDA, enquanto outra apareceu. Uma experiência do Fermilab, chamada MiniBooNE fornece um enfático novo indício de que apenas três neutrinos de pequenas massas podem existir. Estes resultados, relatados na semana passada em uma conferência no Fermilab e no encontro da American Physical Society (APS) em Jacksonville, Florida, parecem excluir definitivamente oscilações bidirecionais dos neutrinos que envolvam um quarto tipo de neutrino de pequena massa.
Diversas experiências anteriores demonstraram que os neutrinos, partículas de massa muito pequena ou talvez até nula, que só interagem através da gravidade e da força nuclear fraca, levam uma vida esquizóide, se transformando regularmente de um tipo para o outro. Essas oscilações dos neutrinos ocorriam, presumivelmente, entre os três tipos conhecidos de neutrino do Modelo Padrão da Física de Partículas: neutrinos de elétron, neutrinos de múon e neutrinos de táuon. Não obstante, uma experiência, o Cintilador Líquido de Detecção de Neutrinos (Liquid Scintillator Neutrino Detector = LSND), em Los Alamos, indicou um nível de oscilação que implicava na existência de uma quarta espécie de neutrinos, um "neutrino estéril", assim chamado porque ele só interagiria por meio da gravidade, a mais fraca das forças fundamentais. (Para maiores informações, consultar Physics Today, Agosto de 1995 e PNU nº 239, matéria 1 e PNU nº 269, matéria 1)
Desde o início, esses resultados diferiam de outras investigações, especialmente porque ele sugeria possíveis massas para os neutrinos muito diferentes daquelas inferidas dos estudos de neutrtinos solares ou atmosféricos, ou por outras experiências com neutrinos em acleradores. A MiniBooNE (cujo nome é uma abreviatura para "Booster Neutrino Experiment"; o "mini" se refere ao fato de que eles usam apenas um detector, no lugar dos originalmente propostos dois) se propôs a resolver o mistério. A experiência consiste no seguinte: prótons emitidos pelo acelerador "booster" são esmagados contra um alvo fixo, criando uma chuva de mésons que rapidamente decaem em partículas secundárias, entre as quais, uma porção de neutrinos de múon. Quinhentos metros à frente, fica o detector MiniBooNE. Embora os neutrinos de múon possam muito bem oscilar para neutrinos de elétron, na distância relativamente curta entre o alvo fixo e o detector, pode-se esperar que tenham havido muito poucas oscilações. O detector do Fermilab e, antes dele, o detector do LSND, procuraram por neutrinos de elétron. Buscando enfocar diretamente o efeito de oscilação do LSND, o Fermilab tentou aproximar-se da mesma distância fonte-detector da energia dos neutrinos. Esta razão estabelece a probabilidade da oscilação de neutrinos. A experiência em Los Alamos usou neutrinos de 30 MeV, a uma distância de 30 m; a experiência do Fermilab usou neutrinos de 500 MeV, a uma distância de 500 m.
O truque na realização deste tipo de experiência está em distinguir entre os raros eventos nos quais um neutrino de elétron colide com um nêutron em um enorme banho de óleo mineral, criando, assim, um elétron característico e um um próton de movimento lento, e o evento muito mais comum no qual um neutrino de múon colide com um próton, criando um múon e um próton. O LSND observou um número pequeno (mas, argumentavam eles, estatisticamente significativo) de eventos de elétron de neutrino. A MiniBooNE, depois de levar em consideração os esperados eventos de fundo, não observou nenhum. Assim, não viram qualquer oscilação e, portanto, nenhum indício de um quarto neutrino.
Na verdade, não exatamente verdade que eles não tenham observado neutrinos de elétrons nenhuns. com neutrinos de baixa energia eles, com efeito, observam eventos, e este pequeno conjunto de dados permanece um mistério, a ser explorado com os novos dados que estão sendo obtidos atualmente, usando um feixe de antio-neutrinos.
No encontro da APS, a representante da MiniBooNE, (Universidade de Columbia) disse que os dados de baixa energia são "robustos" (o que significa que uma falta de indícios estatísticos ou problemas sistemáticos com a aparelhagem não são fatores importantes) e que alguns efeitos físicos novos não podem ser descartados. Na pior das hipóteses, os dados de baixa energia não contradizem a afirmativa de que os antigos resultados do LSND não podem ser explicados pela existência de um quarto tipo de neutrino. (Ver o Press Release do Fermilab e figuras nesta página)
GRAVITY PROBE B, o observatório orbital devotado a testar a Teoria da Relatividade Geral, mediu o efeito geodésico - a curvatura do espaço-tempo nas vizinhanças e causada pela Terra - com uma precisão de 1%. O principal método para estudar esse efeito é monitorar a precessão de giroscópios a bordo da nave, em órbita polar em torno da Terra. A taxa de precisão observada, 6,6 arco-segundos por ano, é próxima do que é previsto pela Relatividade Geral. O Efeito Geodésico pode ser observado de várias maneiras, inclusive o uso de relógios, a deflexão da luz e a prersença perturbativa de corpos de grande massa em giroscópios próximos. A GP-B é deste último tipo e sua atual precisão é tão boa ou melhor do que as medições anteriores. E, uma vez que certos torques não previstos nos giroscópios sejam melhor compreendidos, os cientistas da GP-B esperam que a precisão de suas medições aumentem para um nível de 0,01%.
Estes primeiros resulktados da GP-B foram relatados no encontro da APS por Francis Everitt (Stanford). A idéia de usar giroscópios para observar a curvatura do espaço-termpo foi proposta a quase 50 anos atrás e everritt foi um dos propositores ativos e passou a ser supervisor científico pela maior parte do tempo subsequente.
Um segundo objetivo principal da GP-B é medir o Arrasto do Referencial (no original "frame dragging"), um fenômeno que surge do fato de que o espaço é, no contexto da Relatividade Geral, um fluido viscoso, em contraposição à treliça rígida proposta por Isaac Newton. Quando a Terra gira, ela parcialmente arrasta o espaço-tempo junto com ela e isto causaria um torque extra nos giroscópios. Dessa forma, uma precessão extra, perpendicular a e 170 vezes mais fraca do que o Efeito Geodésico, deveria ser observado. Everitt declarou que a GP-B viu "relances" de Arrasto de Referencial nas análises preliminares dos dados e espera relatar uma real detecção com uma precisão de 1% na ocasião da apresentação final dos dados, agora prevista para dezembro de 2007. (Uma medição indireta do Arrasto de Referencial, na faixa de 10 a 15% de incerteza foi obtida anteriormente pelo satélite LAGEOS).
Alguns equipamentos na GP-B não têm precedentes. O telescópio a bordo, usado para orientar os giroscópios (apontando para uma estrela específica), fornecem uma capacidade de rastrear estrelas mais de 1.000 vezes melhor do que os telescópios anteriores. Os próprios giroscópios - quatro deles, para redundância - são as coisas mais esféricas jamais produzidas: os objetos no formato de bolas de ping-pong têm um grau de perfeição na esfericidade de não menos do que 10nm. Eles ficam eletrostaticamente mantidos em posição em um pequeno recipiente, girados a velocidades de 4.000 rpm por jatos de gás. O gás é, então, removido, criando um vácuo de 10-12 torr. Recobertas de Nióbio e repousando em uma temperatura de poucos graus Kelvin, as esferas são supercondutores giratórios e, como tal, criam uma pequenina assinatura magnética que pode ser lida para ajustar instantaneamnete a orientação das esferas. (Para maiores informações ver esta página)
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PHYSICS NEWS UPDATE é um resumo de notícias sobre física que aparecem em convenções de física, publicações de física e outras fontes de notícias. É fornecida de graça, como um meio de disseminar informações acerca da física e dos físicos. Por isso, sinta-se à vontade para publicá-la, se quiser, onde outros possam ler, desde que conceda o crédito ao AIP (American Institute of Physics = Instituto Americano de Física). O boletim Physics News Update é publicado, mais ou menos, uma vez por semana.
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Como divulgado no numero anterior, este boletim é traduzido por um curioso, com um domínio apenas razoável de inglês e menos ainda de física. Correções são bem-vindas.
UMA DAS ANOMALIAS DO NEUTRINO FOI RESOLVIDA, enquanto outra apareceu. Uma experiência do Fermilab, chamada MiniBooNE fornece um enfático novo indício de que apenas três neutrinos de pequenas massas podem existir. Estes resultados, relatados na semana passada em uma conferência no Fermilab e no encontro da American Physical Society (APS) em Jacksonville, Florida, parecem excluir definitivamente oscilações bidirecionais dos neutrinos que envolvam um quarto tipo de neutrino de pequena massa.
Diversas experiências anteriores demonstraram que os neutrinos, partículas de massa muito pequena ou talvez até nula, que só interagem através da gravidade e da força nuclear fraca, levam uma vida esquizóide, se transformando regularmente de um tipo para o outro. Essas oscilações dos neutrinos ocorriam, presumivelmente, entre os três tipos conhecidos de neutrino do Modelo Padrão da Física de Partículas: neutrinos de elétron, neutrinos de múon e neutrinos de táuon. Não obstante, uma experiência, o Cintilador Líquido de Detecção de Neutrinos (Liquid Scintillator Neutrino Detector = LSND), em Los Alamos, indicou um nível de oscilação que implicava na existência de uma quarta espécie de neutrinos, um "neutrino estéril", assim chamado porque ele só interagiria por meio da gravidade, a mais fraca das forças fundamentais. (Para maiores informações, consultar Physics Today, Agosto de 1995 e PNU nº 239, matéria 1 e PNU nº 269, matéria 1)
Desde o início, esses resultados diferiam de outras investigações, especialmente porque ele sugeria possíveis massas para os neutrinos muito diferentes daquelas inferidas dos estudos de neutrtinos solares ou atmosféricos, ou por outras experiências com neutrinos em acleradores. A MiniBooNE (cujo nome é uma abreviatura para "Booster Neutrino Experiment"; o "mini" se refere ao fato de que eles usam apenas um detector, no lugar dos originalmente propostos dois) se propôs a resolver o mistério. A experiência consiste no seguinte: prótons emitidos pelo acelerador "booster" são esmagados contra um alvo fixo, criando uma chuva de mésons que rapidamente decaem em partículas secundárias, entre as quais, uma porção de neutrinos de múon. Quinhentos metros à frente, fica o detector MiniBooNE. Embora os neutrinos de múon possam muito bem oscilar para neutrinos de elétron, na distância relativamente curta entre o alvo fixo e o detector, pode-se esperar que tenham havido muito poucas oscilações. O detector do Fermilab e, antes dele, o detector do LSND, procuraram por neutrinos de elétron. Buscando enfocar diretamente o efeito de oscilação do LSND, o Fermilab tentou aproximar-se da mesma distância fonte-detector da energia dos neutrinos. Esta razão estabelece a probabilidade da oscilação de neutrinos. A experiência em Los Alamos usou neutrinos de 30 MeV, a uma distância de 30 m; a experiência do Fermilab usou neutrinos de 500 MeV, a uma distância de 500 m.
O truque na realização deste tipo de experiência está em distinguir entre os raros eventos nos quais um neutrino de elétron colide com um nêutron em um enorme banho de óleo mineral, criando, assim, um elétron característico e um um próton de movimento lento, e o evento muito mais comum no qual um neutrino de múon colide com um próton, criando um múon e um próton. O LSND observou um número pequeno (mas, argumentavam eles, estatisticamente significativo) de eventos de elétron de neutrino. A MiniBooNE, depois de levar em consideração os esperados eventos de fundo, não observou nenhum. Assim, não viram qualquer oscilação e, portanto, nenhum indício de um quarto neutrino.
Na verdade, não exatamente verdade que eles não tenham observado neutrinos de elétrons nenhuns. com neutrinos de baixa energia eles, com efeito, observam eventos, e este pequeno conjunto de dados permanece um mistério, a ser explorado com os novos dados que estão sendo obtidos atualmente, usando um feixe de antio-neutrinos.
No encontro da APS, a representante da MiniBooNE, (Universidade de Columbia) disse que os dados de baixa energia são "robustos" (o que significa que uma falta de indícios estatísticos ou problemas sistemáticos com a aparelhagem não são fatores importantes) e que alguns efeitos físicos novos não podem ser descartados. Na pior das hipóteses, os dados de baixa energia não contradizem a afirmativa de que os antigos resultados do LSND não podem ser explicados pela existência de um quarto tipo de neutrino. (Ver o Press Release do Fermilab e figuras nesta página)
GRAVITY PROBE B, o observatório orbital devotado a testar a Teoria da Relatividade Geral, mediu o efeito geodésico - a curvatura do espaço-tempo nas vizinhanças e causada pela Terra - com uma precisão de 1%. O principal método para estudar esse efeito é monitorar a precessão de giroscópios a bordo da nave, em órbita polar em torno da Terra. A taxa de precisão observada, 6,6 arco-segundos por ano, é próxima do que é previsto pela Relatividade Geral. O Efeito Geodésico pode ser observado de várias maneiras, inclusive o uso de relógios, a deflexão da luz e a prersença perturbativa de corpos de grande massa em giroscópios próximos. A GP-B é deste último tipo e sua atual precisão é tão boa ou melhor do que as medições anteriores. E, uma vez que certos torques não previstos nos giroscópios sejam melhor compreendidos, os cientistas da GP-B esperam que a precisão de suas medições aumentem para um nível de 0,01%.
Estes primeiros resulktados da GP-B foram relatados no encontro da APS por Francis Everitt (Stanford). A idéia de usar giroscópios para observar a curvatura do espaço-termpo foi proposta a quase 50 anos atrás e everritt foi um dos propositores ativos e passou a ser supervisor científico pela maior parte do tempo subsequente.
Um segundo objetivo principal da GP-B é medir o Arrasto do Referencial (no original "frame dragging"), um fenômeno que surge do fato de que o espaço é, no contexto da Relatividade Geral, um fluido viscoso, em contraposição à treliça rígida proposta por Isaac Newton. Quando a Terra gira, ela parcialmente arrasta o espaço-tempo junto com ela e isto causaria um torque extra nos giroscópios. Dessa forma, uma precessão extra, perpendicular a e 170 vezes mais fraca do que o Efeito Geodésico, deveria ser observado. Everitt declarou que a GP-B viu "relances" de Arrasto de Referencial nas análises preliminares dos dados e espera relatar uma real detecção com uma precisão de 1% na ocasião da apresentação final dos dados, agora prevista para dezembro de 2007. (Uma medição indireta do Arrasto de Referencial, na faixa de 10 a 15% de incerteza foi obtida anteriormente pelo satélite LAGEOS).
Alguns equipamentos na GP-B não têm precedentes. O telescópio a bordo, usado para orientar os giroscópios (apontando para uma estrela específica), fornecem uma capacidade de rastrear estrelas mais de 1.000 vezes melhor do que os telescópios anteriores. Os próprios giroscópios - quatro deles, para redundância - são as coisas mais esféricas jamais produzidas: os objetos no formato de bolas de ping-pong têm um grau de perfeição na esfericidade de não menos do que 10nm. Eles ficam eletrostaticamente mantidos em posição em um pequeno recipiente, girados a velocidades de 4.000 rpm por jatos de gás. O gás é, então, removido, criando um vácuo de 10-12 torr. Recobertas de Nióbio e repousando em uma temperatura de poucos graus Kelvin, as esferas são supercondutores giratórios e, como tal, criam uma pequenina assinatura magnética que pode ser lida para ajustar instantaneamnete a orientação das esferas. (Para maiores informações ver esta página)
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PHYSICS NEWS UPDATE é um resumo de notícias sobre física que aparecem em convenções de física, publicações de física e outras fontes de notícias. É fornecida de graça, como um meio de disseminar informações acerca da física e dos físicos. Por isso, sinta-se à vontade para publicá-la, se quiser, onde outros possam ler, desde que conceda o crédito ao AIP (American Institute of Physics = Instituto Americano de Física). O boletim Physics News Update é publicado, mais ou menos, uma vez por semana.
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Como divulgado no numero anterior, este boletim é traduzido por um curioso, com um domínio apenas razoável de inglês e menos ainda de física. Correções são bem-vindas.
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