Surpresa: Neutrinos podem interagir com a luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/09/2023

A interação neutrino-fóton descoberta agora pode explicar porque a coroa solar é mais quente do que a superfície do Sol.
[Imagem: ipicgr/Pixabay]

Interação neutrino-fóton

Outrora considerados "não-interagíveis", os fugazes neutrinos na verdade podem interagir com os ainda mais fugidios fótons, desde que as condições sejam adequadas.

Kenzo Ishikawa e Yutaka Tobita, da Universidade de Hokkaido, no Japão, descobriram que os neutrinos podem sim interagir com as partículas fundamentais da luz e de outras radiações eletromagnéticas não-visíveis, de um modo inesperado e que nunca havia sido previsto.

"Nossos resultados são importantes para a compreensão das interações da mecânica quântica de algumas das partículas mais fundamentais da matéria," disse Ishikawa. "Eles também podem ajudar a revelar detalhes de fenômenos atualmente pouco compreendidos no Sol e noutras estrelas."

Os neutrinos talvez sejam as mais misteriosas partículas fundamentais da matéria. É extremamente difícil estudá-los porque eles quase não interagem com outras partículas, são eletricamente neutros e quase não têm massa. No entanto, eles são muito abundantes, por exemplo, atravessando nossos corpos constantemente sem qualquer efeito conhecido. E essa profusão os torna importantes para testar e refinar nossa compreensão atual da física de partículas, conhecida como Modelo Padrão.

"Sob condições 'clássicas' normais, os neutrinos não irão interagir com os fótons," explicou Ishikawa. "Nós revelamos, no entanto, como neutrinos e fótons podem ser induzidos a interagir em campos magnéticos uniformes de escala extremamente grande - tão grandes quanto 10³ km - encontrados na forma de matéria conhecida como plasma, que ocorre em torno das estrelas."

O plasma é um gás ionizado, o que significa que todos os seus átomos adquiriram um excesso ou uma deficiência de elétrons, tornando-os íons com carga negativa ou positiva, em comparação com os átomos neutros que podem ocorrer nas condições cotidianas da Terra.

Só recentemente se demonstrou que os fótons podem colidir frontalmente entre si.
[Imagem: Emanuele Galiffi et al. - 10.1038/s41567-023-02165-6]

Força eletrofraca

A interação neutrino-fóton descoberta pelos pesquisadores envolve um fenômeno chamado efeito Hall eletrofraco.

É uma interação da eletricidade e do magnetismo que pode ocorrer sob condições extremas, onde duas das forças fundamentais da natureza - a força eletromagnética e a força fraca (que atua entre as partículas subatômicas) - se fundem na força eletrofraca. É um conceito teórico que se acredita ter relevância apenas nas condições de energia muito elevada do universo primitivo ou em colisões em aceleradores de partículas.

Os dois físicos derivaram agora uma descrição matemática dessa interação neutrino-fóton que ninguém havia feito antes, conhecida como Lagrangiana - essa função descreve tudo o que se sabe sobre os estados de energia de um sistema físico, sendo essencialmente a diferença entre a energia cinética e a energia potencial do sistema.

"Além da sua contribuição para a nossa compreensão da física fundamental, o nosso trabalho também pode ajudar a explicar algo chamado enigma do aquecimento da coroa solar," disse Ishikawa. "Este é um mistério de longa data relativo ao mecanismo pelo qual a atmosfera mais externa do Sol - a sua coroa - tem uma temperatura muito mais elevada do que a superfície do Sol. O nosso trabalho mostra que a interação entre neutrinos e fótons libera energia que aquece a coroa solar."

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