Múons revelam as altíssimas voltagens dentro de uma tempestade

Um chuvisco invisível de partículas subatômicas mostrou que as tempestades podem armazenar tensões elétricas muito mais altas do que pensávamos.

Usando múons, parentes mais pesados ​​de elétrons que constantemente chovem na superfície da Terra, os cientistas sondaram o interior de uma tempestade no sul da Índia em dezembro de 2014. O potencial elétrico da nuvem – a quantidade de trabalho necessária para mover um elétron de uma parte da nuvem para outra. outro – atingiu 1,3 bilhão de volts, relatam os pesquisadores em um estudo aceito na Physical Review Letters. Isso é 10 vezes a maior voltagem encontrada anteriormente usando balões para fazer medições semelhantes.

Altas tensões dentro das nuvens provocam raios. Mas, apesar do fato de que tempestades regularmente se espalham sobre nossas cabeças, “realmente não temos uma boa noção do que está acontecendo dentro delas”, diz o físico Joseph Dwyer, da Universidade de New Hampshire, em Durham, que não esteve envolvido na pesquisa.

Balões e aeronaves podem monitorar apenas parte de uma nuvem por vez, dificultando a medição precisa da coisa toda. Mas muons atravessam de cima para baixo. “Muões que penetram as nuvens de tempestade são uma perfeita sonda para medir o potencial elétrico”, diz o físico Sunil Gupta, do Instituto Tata de Pesquisa Fundamental, em Mumbai, na Índia.

O experimento GRAPES-3 (mostrado) mede múons que chovem na Terra. O tamborilar das partículas subatômicas carregadas eletricamente cai durante tempestades, desmascarando o funcionamento interno das nuvens.

Gupta e colegas estudaram o comportamento dos múons com o experimento GRAPES-3 em Ooty, na Índia, que observa cerca de 2,5 milhões de múons por minuto. Durante as tempestades, essa taxa cai, já que os múons, que são eletricamente carregados, tendem a ser desacelerados pelos campos elétricos de uma tempestade. Isso significa que menos partículas carregam energia suficiente para registrar nos detectores dos cientistas.
Usando simulações de computador de uma tempestade, os pesquisadores determinaram o potencial elétrico necessário para explicar a queda de múons observados durante a tempestade de 2014. A equipe também estimou a energia elétrica da tempestade: ela foi semelhante à saída de um grande reator nuclear, com cerca de 2 bilhões de watts.

O resultado é “potencialmente muito importante”, diz Dwyer. Mas “com tudo que é novo, você tem que esperar e ver o que acontece com medidas adicionais”. E a tempestade simulada dos pesquisadores foi simplificada, diz ele. Consistia de uma região de carga positiva e outra região carregada negativamente, enquanto as tempestades reais são mais complexas.

Se confirmadas, no entanto, tensões tão altas dentro de uma tempestade poderiam explicar uma observação enigmática: algumas tempestades enviam explosões de luz de alta energia, chamadas raios gama, para cima (SN: 5/30/15, p. 12). Mas os cientistas não entendem completamente os processos que poderiam criar essa luz energética. Se as tempestades realmente atingirem o nível de bilhões de volts, isso poderia explicar a luz misteriosa.

Com informações de B. Hariharan et al. Measurement of the electrical properties of a thundercloud through muon imaging by the GRAPES-3 experimentPhysical Review Letters, in press, 2019.