Cientistas criam novo método para “pesar” a Terra a partir de partículas do espaço

Os cientistas precisam usar alguns métodos indiretos para “pesar” a Terra (ou, simplesmente, calcular a massa) e medir o que está dentro dela — normalmente, eles usam ondas de som e a força da gravidade para fazer seus cálculos. Mas uma equipe mediu a massa do planeta de uma maneira completamente diferente: a partir da medição de partículas cósmicas misteriosas que passam através dele.

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Uma equipe de pesquisadores espanhóis usou neutrinos passando através da Terra para medir a massa e a densidade do planeta. Esse método ainda está no início, mas talvez um dia ele possa se tornar uma ferramenta útil para cientistas que estudam a Terra. Ah, sim, o número que eles conseguiram foi bem perto daquele calculado pelos métodos atuais mais modernos: 6 sextilhões de toneladas, contra 5,9 sextilhões de toneladas dos métodos anteriores.

“Nossos resultados demonstram a viabilidade dessa abordagem para estudar a estrutura interna da Terra, que é complementar aos métodos de geofísica tradicionais”, escrevem os autores no estudo publicado nesta terça-feira (6), na Nature Physics.

A física de partículas é o estudo de partículas que interagem através de forças. As partículas com as quais lidamos mais frequentemente são os prótons, nêutrons e elétrons, que compõem os átomos, que, por sua vez, interagem por meio de gravidade, eletromagnetismo, força nuclear forte (que une os componentes dos núcleos atômicos) e a força nuclear fraca (que também ocorre ao longo das pequenas escalas de comprimento dentro do núcleo atômico e é parcialmente responsável por alguns aspectos do decaimento radioativo).

O neutrino é uma das partículas mais abundantes do universo (perdendo apenas para o fóton, a partícula que compõe a luz). Mas os neutrinos são difíceis de se detectar porque interagem apenas com a força nuclear fraca. Os neutrinos estão constantemente atingindo a Terra, alcançando-nos a partir do Sol, assim como a partir do espaço sideral. Eles estão interagindo tão fracamente que os detectores construídos para estudá-los ficam virados para a Terra, pegando neutrinos que viajaram por todo o planeta.

Enquanto isso, existem geofísicos esperando estudar o interior da Terra, incluindo o comportamento do núcleo, do manto e dos campos magnéticos do planeta. Normalmente, eles fazem isso por meio de medições indiretas, como observando como as ondas sonoras mudam quando passam pelo planeta ou detectando mudanças locais na força da gravidade.

Os físicos pensaram que, como já tinham detectores de neutrinos e neutrinos passando pela Terra, poderiam tentar medir a massa da Terra com essas partículas.

E assim o fizeram. Os pesquisadores usaram dados de um telescópio de observação de neutrinos no Polo Sul chamado IceCube, que detecta neutrinos que criam fótons depois de interagir com o gelo por meio de força nuclear fraca. Eles mediram o número de neutrinos por cada ângulo em que eles atingiram o detector, onde os neutrinos viajando diretamente pelo detector atravessariam mais a Terra do que aqueles atingindo um ângulo. Eles então compararam esses dados com o número de neutrinos que esperavam que apareceria se a Terra não estivesse abaixo do detector.

Usando esses dados, eles foram capazes de medir a massa da Terra, embora de maneira muito imprecisa, e conseguiram um número próximo do valor atualmente aceito como real, obtido usando a gravidade. Eles também mediram a massa do núcleo (o número que conseguiram foi um pouco maior que o aceito). E também descobriram que o núcleo é mais denso que a Terra. Sim, já sabíamos disso, mas é divertido descobrir novamente usando partículas que atravessam a Terra a partir do espaço.

Os pesquisadores são bem diretos sobre o fato de que não estão trabalhando com muitos dados — talvez com mais dez anos de observação com o IceCube e outros detectores que estão sendo construídos, o método possa se tornar útil. Pesquisadora não envolvida no estudo, Véronique Van Elewyck, da Universidade Paris Diderot, apontou em um comentário na Nature que os pesquisadores ainda não sabem quantos neutrinos atingem a Terra e que eles precisam descobrir mais sobre as propriedades ópticas do gelo para diminuir a incerteza do experimento. Além disso, muita incerteza experimental ainda cerca a maneira como os neutrinos interagem com a matéria de forma mais geral, escreveu Van Elewyck.

Porém, com mais dados e experimentos (e talvez uma ou duas décadas), os neutrinos realmente podem ser uma maneira útil de medir o interior da Terra. E usar neutrinos para medir o interior da Terra é o mais divertido que a física consegue ser.

[Nature Physics]

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