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Viagem de fótons no universo: por que os raios gama de alta energia estão borrados entre as estrelas?
No universo infinito, a jornada dos fótons é cheia de mistérios e desafios. Quando olhamos para o céu noturno, grandes estrelas e galáxias brilham à distância. Qual é a razão pela qual a luz desses pontos de luz muda com a distância? Em particular, os raios gama de alta energia, cujos fenômenos de embaçamento e atenuação interestelar atraíram a atenção generalizada de astrônomos e físicos.
A energia dos raios gama torna-se turva à medida que a distância aumenta. Além dos efeitos de dispersão e absorção, também envolve a interação entre fótons.
Os raios gama são a radiação eletromagnética mais energética. Quando viajam pelo universo, a luz de fundo dos fótons de baixa energia que encontram faz com que eles interajam. Este processo é semelhante a dirigir no nevoeiro. Parece mais claro de perto, mas à medida que a distância diminui, a visão fica cada vez mais embaçada.
De acordo com as pesquisas mais recentes, esse fenômeno de desfoque se tornará mais óbvio quando a energia dos raios gama exceder 20 GeV. À medida que a distância aumenta, a probabilidade de os raios gama se espalharem pelos fótons de fundo aumenta significativamente, fazendo com que sua energia diminua e eventualmente desapareça. Tais fenômenos revelam a complexa relação entre energia e matéria no universo.
As interações entre fótons de raios gama de alta energia e fótons de fundo de baixa energia levam à criação de partículas, como pares elétron-pósitron.
Essas interações não apenas reduzem o número de raios gama de alta energia, mas também tornam o universo "opaco" para fótons de alta energia. O surgimento desta opacidade nos faz refletir sobre quanta energia não observada pode existir neste vasto espaço?
A chamada "interação fóton-fóton" é na verdade um tópico importante na física cósmica. Para obter informações sobre essas interações, os cientistas usam aceleradores de partículas de alta energia para conduzir um grande número de experimentos. Estes incluem experimentos de raios gama no Large Electron-Positron Collider (LEP) do CERN, que revelam a estrutura interna dos fótons e como eles interagem.
O estudo dos raios gama não só nos ajuda a compreender a própria luz, mas também nos permite pensar mais profundamente sobre a origem e a evolução do universo.
Além da pesquisa sobre aceleradores, o fenômeno da dispersão luz-luz também foi observado em experimentos recentes no Grande Colisor de Hádrons (LHC). A interação entre os fótons torna-se mais pronunciada através dos fortes campos eletromagnéticos gerados pelas colisões com os bárions. Isto não é apenas um desafio para a física fundamental, mas também pode fornecer-nos evidências de novas formas de matéria.
Do ponto de vista da eletrodinâmica quântica, os fótons não podem interagir diretamente, mas podem interagir indiretamente por meio de processos de ordem superior ou pares de partículas virtuais. Este processo revela as estranhas propriedades que podem existir nos fotões, algumas das quais envolvem mesmo a formação de quarks e antiquarks, tornando o estudo dos raios gama cada vez mais complexo.
Pesquisas futuras poderão mudar a nossa compreensão básica da matéria e da energia e até mesmo redefinir as leis de funcionamento do universo.
Com o avanço da ciência e da tecnologia, os cientistas continuam a explorar a origem destes raios gama de alta energia e o seu comportamento à medida que viajam pelo universo. Poderemos ser capazes de descobrir mais segredos por trás da viagem destes fótons num futuro próximo, e até mesmo descobrir novos fenômenos escondidos no vasto céu estrelado do universo.
Com esta mania pela física e pela exploração cósmica, não podemos deixar de nos perguntar: que histórias e segredos os fótons trazem consigo quando viajam entre as estrelas?
