Projeto internacional que mede raios cósmicos conta com físicos da USP

Cientistas do Instituto de Física (IF) integram projeto que mede a energia dos raios cósmicos vindos da atmosfera

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Detector de fluorescência do Observatório Pierre Auger. O prédio mostrado na fotografia contém um conjunto de 6 telescópios responsáveis por monitorar a atmosfera sobre o sítio do observatório e captar as pequenas emissões de radiação de átomos da atmosfera excitados pela passagem das cascatas atmosféricas – Foto: Pierre Auger Observatory/KIT

 

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NObservatório Pierre Auger, na Argentina, cientistas constataram recentemente que os raios cósmicos podem ter sua origem fora da Via Láctea. Estes raios possuem energias cerca de 1 milhão de vezes maiores que os prótons acelerados no Large Hadron Collider (LHC) – o grande colisor de partículas localizado na fronteira franco-suíça. Tais evidências foram recentemente publicadas em um artigo na revista Science, veiculado no dia 22 de setembro.

O Observatório Pierre Auger, também denominado “Colaboração Pierre Auger”, está localizado no sopé dos Andes, em Mendoza, no oeste da Argentina. A estrutura é formada por um “parque aquático” de aproximadamente 3 mil quilômetros quadrados (km2) e possui 1.600 tanques que comportam 12 toneladas de água pura, cada um. “Sua principal função é detectar chuvas de partículas subatômicas de alta energia”, descreve o professor Edivaldo Moura Santos, do Instituto de Física (IF) da USP. Ele e a professora Ivone Freire da Mota e Albuquerque, também do IF, integram o time de cientistas que trabalham no Pierre Auger. “São mais de 400 cientistas do mundo todo”, conta o docente.

Um dos 1.660 tanques de efeito Cherenkov do Observatório Pierre Auger com a Cordilheira dos Andes ao fundo – Foto: Pierre Auger Observatory/KIT

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Chuvas de partículas

As chuvas de partículas subatômicas de alta energia resultam de colisões que acontecem a 10 km ou mais do solo, quando um raio cósmico de ultra-alta energia encontra átomos da atmosfera, principalmente nitrogênio e oxigênio. Após tais colisões, acontecem reações em cadeia que resultarão num “chuveiro atmosférico” de partículas de alta energia e viajando essencialmente à velocidade da luz.

Processo de detecção das partículas da cascata atmosférica por um tanque do Auger. Uma partícula se movendo na água com velocidade superior à da própria luz na água emite uma radiação característica, conhecida como radiação Cherenkov – Ilustração: Pierre Auger Observatory/KIT

Alguns raios cósmicos, como os produzidos pelo Sol, têm relativamente pouca energia e atingem a Terra com muita frequência. Mas há os raios cósmicos ditos ultraenergéticos, que têm muito mais energia, quase um bilhão de vezes maiores. São os que carregam uma quantidade de energia equivalente a 1 ou 2 joules (J). Joule – uma unidade do Sistema Internacional (SI) – é aquela usada para se quantificar a energia de corpos macroscópicos, ou seja, aqueles com os quais temos contato direto no dia a dia. “Como uma partícula menor que um átomo pode ter a energia equivalente a uma bola de tênis em movimento após um saque?”, questiona Moura Santos. Segundo o cientista, este é um problema fundamental que ainda não tem resposta. “O que se sabe, até o momento, é que tais energias são dissipadas na atmosfera e delas pouco se aproveita no final das contas”, diz, ressaltando que “não fosse a atmosfera estaríamos expostos a esse tipo de radiação.”
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Representação artística de um chuveiro atmosférico em desenvolvimento até atingir um tanque do Observatório Pierre Auger – Foto: Pierre Auger Observatory/KIT

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Moura Santos tem estudado, especificamente, como efeitos de natureza local, associados tanto ao detector do observatório quanto ao ambiente, afetam as medidas. “Avaliamos, por exemplo, como variações de temperatura e pressão da atmosfera sobre o observatório podem influenciar na medida de propriedades dos raios cósmicos, como sua energia e direção de chegada. Outro efeito importante é aquele causado pelo próprio campo magnético terrestre”, conta o docente. “Se não entendermos tais efeitos e aplicarmos as correções necessárias, nossas estimativas das direções de chegada e das energias dos raios cósmicos ficam comprometidas.”

Moura Santos, que atualmente é professor visitante da Universidade de Chicago, nos EUA, também coordena no Pierre Auger o grupo de trabalho que investiga as distribuições de direções de chegada dos raios cósmicos, com o professor Miguel Mostafá, da Pennylvania State University, EUA. Já a professora Ivone atua no grupo de trabalho que tenta identificar a presença de fótons (ou seja, as partículas que, de acordo com a teoria quântica, formam a luz e qualquer radiação eletromagnética) de altíssimas energias nos eventos medidos pelo Observatório Pierre Auger.

O Pierre Auger começou a tomar dados em 2004 e o Brasil teve papel fundamental em sua construção, tendo sido o responsável pela produção de todos os seus 1.600 tanques.
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Vídeo: The Long Travel of Cosmic Rays

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Mais informações: https://www.auger.org/

 

 

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