helicidade e quiralidade
A quiralidade é uma propriedade das partículas e pode ser classificada em mão direita ou mão esquerda. Todas as partículas e antipartículas aparecem nessas 2 versões.
Por exemplo:
Existe elétron com quiralidade de mão esquerda e de mão direita;
Existe antielétron (=pósitron) com quiralidade de mão esquerda e de mão direita.
Mas a regra apresenta uma exceção, os neutrinos são apenas mão esquerda, enquanto todos antineutrinos são apenas mão direita.
Mas o que é a quiralidade?
Para compreendermos o conceito de Quiralidade necessitamos de um profundo conhecimento em Mecânica Quântica, o qual não é trivial para nós. Neste contexto, vamos introduzir primeiro um conceito mais simples, a helicidade, que nos ajudará a entender a quiralidade.
A helicidade relaciona a rotação (spin) com o deslocamento da partícula, resultando em partículas com helicidade de mão direita ou mão esquerda.
Para entender a diferença entre mão direita e mão esquerda utilizaremos o seguinte exemplo: enrole as mãos em punhos e estenda os polegares em direção ao teto, assim como o apresentado na figura 1. Considere que os 4 dedos curvados representam o sentido de rotação da partícula e o polegar representa o sentido de deslocamento da partícula.
Figura 1 – Mão esquerda (A) e Mão direita (B). Editado da fonte: https://felipe9aes.wixsite.com/particulas/conservacao
Em resumo:
se você conseguir representar os sentidos de rotação e deslocamento da partícula utilizando a mão esquerda, dizemos que a partícula é mão esquerda (Figura 1 – A)
se você conseguir representar os sentidos de rotação e deslocamento da partícula utilizando a mão direita, dizemos que a partícula é mão direita (Figura 1 – B)
Respostas: (A) Mão esquerda (B) Mão esquerda (C) mão direita (D) Mão esquerda
A Helicidade é uma propriedade que varia conforme a velocidade do observador, assim a mesma partícula pode ser observada como mão direita e mão esquerda ao mesmo tempo.
Para partículas com velocidades iguais ou muito próximas a velocidade da luz, a Helicidade é a mesma para qualquer observador no planeta Terra. Nessa mesma condição, a Helicidade pode ser equivalente a uma propriedade intrínseca da partícula, a Quiralidade (= propriedade imutável, assim como carga elétrica e o spin).
Helicidade ∼ Quiralidade
(Para partículas viajando com a velocidade da luz)
Como vimos, a Helicidade varia conforme a velocidade do observador, ou seja, ela não é uma propriedade absoluta. Por isso, utilizamos a Quiralidade como propriedade absoluta das partículas. Desta maneira, uma partícula pode apresentar Quiralidade de mão esquerda ou de mão direita.
No caso dos neutrinos, eles possuem velocidades próximas a luz, por isso há uma sobreposição entre a Helicidade e a Quiralidade. Logo, a Quiralidade do neutrino pode ser mão esquerda ou mão direita. Mas até hoje, todo neutrino observado foi de mão esquerda!
Vamos entender melhor como a mesma partícula pode ter Helicidade de mão esquerda e de mão direita, dependendo de quem a observa.
Na figura 2, observamos inicialmente uma partícula de mão esquerda. No quadro 2A, a partícula está sendo observada por um observador mais veloz, logo há uma aproximação entre eles. Observe as velocidades fictícias. No quadro 2B, temos a velocidade relativa entre observador e partícula, considerando o observador parado. Se coloque no lugar do observador 2 e, verá uma partícula de mão direita, diferente do que nós vimos no início.
Figura 2 – Observador mais veloz que a partícula, logo mão esquerda passa a ser mão direita. Fonte: Própria (2019)
Conclusão: Dois observadores, um mais lento e outro mais veloz que a partícula, verão a mesma partícula com Helicidades diferentes. Por exemplo, na figura 2, observamos uma partícula de Helicidade mão esquerda enquanto o observador 2 observou a mesma partícula com Helicidade mão direita.
Como vimos, a Helicidade é uma propriedade relativa, ou seja, varia conforme o observador. Já a Quiralidade é uma propriedade absoluta das partículas, ou seja, será sempre a mesma e não depende de quem observa a partícula. O mais interessante é que ambas têm equivalência quando a partícula se move em altas velocidades.
Importância da Quiralidade
Esta propriedade dos neutrinos é muito importante, pois é levada em consideração nos cálculos do Modelo Padrão, ajudando determinar se partícula interage fracamente ou não.
Na prática, a natureza trata as quiralidades de maneira diferente, apenas as partículas de mão esquerda interagem com os bósons W (=Interação Fraca). Ao mesmo tempo, apenas as antipartículas de mão direita interagem com os bósons W (=Interação Fraca).
Até hoje, todos os neutrinos detectados foram através da interação fraca. Logo, podemos concluir que todos os neutrinos observados apresentam quiralidade de mão esquerda.
Seguindo a mesma lógica, todos os antineutrinos observados até hoje apresentam quiralidade de mão direita.
CONCLUSÕES SOBRE OS NEUTRINOS
