Neutrinii din interiorul Pământului

Un grup de cercetători au efectuat un experiment în urma căruia au realizat o hartă a locurilor în care se ascund antineutrinii, particule de antimaterie ce aproape că nu au masă, informează Live Science.

Antineutrinii sunt varianta de antimaterie a neutrinilor, particule fantomatice cu o masă atât de mică încât rareori interacționează cu materia. O astfel de particulă are, conform aproximărilor oamenilor de știință, 50% șanse să pătrundă printr-un un zid de plumb cu grosimea de 1 an lumină.

Aceste particule subatomice sunt produsul secundar al reacțiilor de fuziune nucleară care conferă energie stelelor, al exploziilor solare care semnalează moartea stelelor supermasive (supernove), precum și al reactoarelor nucleare de pe Terra. În acest nou studiu oamenii de știință s-au concentrat asupra unei alte surse de neutrini și antineutrini: descompunerea naturală a elementelor radioactive din interiorul Pământului. Căldura rezultată în urma acestei descompuneri radioactive, alături de căldura reziduală rămasă de la formarea planetei, alimentează mișcarea plăcilor tectonice ale Pământului, proces care poate declanșa cutremure și erupții vulcanice.

Noua hartă, trasată pe baza fenomenului de descompunere radioactivă naturală, îi ajută pe geologi să înțeleagă ce concentrație de materiale radioactive este întâlnită în mantaua terestră, spre deosebire de crustă, și, pornind de aici, să afle cât de rapid se răcește interiorul Pământului.

Antineutrinii din noul studiu provin din descompunerea radioactivă a uraniului și thoriului. Atunci când nucleul unui atom de uraniu sau de thoriu se rupe în cadrul procesului de descompunere radioactivă, eliberează un antineutrin. Acești antineutrini au niveluri specifice de energie.

Din când în când unul dintre ei se va ciocni de protonul care formează nucleul unui atom de hidrogen. Atunci când se produce această ciocnire, protonul se transformă într-un pozitron (un electron cu sarcină electrică pozitivă) și un neutron. Între timp, neutronul intră în coliziune cu un alt atom de hidrogen rezultând deuteriu, un atom de hidrogen cu o masă mai mare (izotop al hidrogenului). Aceste coliziuni dintre neutroni și atomii de hidrogen generează o dublă descărcare de energie sub forma unui flash. Aceste descărcări luminoase sunt însă greu de observat pentru că se produc foarte rar, în contextul în care antineutrinii și neutrinii nu interacționează deloc frecvent cu materia ordinară (ca și cum s-ar trage un miliard de gloanțe într-o țintă dar nu este lovită decât o dată).

Pentru a surprinde astfel de coliziuni este nevoie de răbdare și de niște detectoare pe care să se afle extrem de mulți protoni, pentru a crește puțin șansele (de altfel extrem de mici) ca unul dintre aceștia să fie lovit de un neutrin.

Spre exemplu, unul dintre detectoarele subterane folosite în cadrul studiului, KamLAND (Kamioka Liquid Scintillator Antineutrino Detector) din Japonia, folosește 1.000 de tone dintr-un amestec lichid de benzen cu uleiuri minerale și unele elemente chimice fluorescente, pentru a surprinde rarele interacțiuni în care intră antineutrinii.

Un alt detector, Borexino, aflat la aproximativ 1,5 kilometri adâncime sub Munții Apenini, în Italia, conține 300 de tone de lichid organic pentru a spori șansele de a observa un antineutrino în acțiune, precum și peste 2.200 de senzori pentru a detecta micile flash-uri de lumină rezultate din aceste interacțiuni. Întregul detector, ce face parte din Laboratorul Național Gran Sasso, este închis într-o sferă uriașă, înconjurată de apă.

Cercetătorii au folosit date de la ambele detectoare pentru a da de urma antineutrinilor produși în mod natural în interiorul Pământului.

William McDonough, unul dintre co-autorii studiului și profesor de geologie la Universitatea din Maryland, a declarat pentru Live Science că studierea antineutrinilor din adâncurile Pământului îi poate ajuta pe oamenii de știință să construiască modele de mare acuratețe ale mantalei terestre.

Estimările din prezent cu privire la cât de mult s-a răcit Pământul cu fiecare 1 miliard de ani după formare pot varia cu 50%. Aceste calcule sunt foarte complicate pentru că trebuie să se țină cont de efectul izolator termic al crustei terestre și pentru că trebuie avansate ipoteze cu privire la concentrația de elemente radioactive din manta, conform lui McDonough.

Pe măsură ce astfel de hărți ale răspândirii antineutrinilor devin mai exacte, oamenii de știință vor putea estima cu mai mare precizie cantitatea de uraniu și thoriu din mantaua terestră. Spre exemplu, oamenii de știință cunosc cu aproximație cantitatea de uraniu din crusta terestră pentru că acest metal este exploatat pentru a fi folosit drept combustibil pentru centralele atomice. Însă estimările cu privire la abundența uraniului și thoriului din manta variază foarte mult. O estimare conservatoare, conform lui McDonough, susține că ar fi vorba de aproximativ 10 părți de uraniu la un miliard. „Acest lucru ar însemna că aproximativ 70% din uraniul de pe Pământ se află răspândit în crustă”, a explicat el. La 30 de părți de uraniu la un miliard, atunci trei sferturi din uraniul planetei s-ar afla concentrat în manta.

Olimpia Diaconiuc

NICIUN COMENTARIU