Neutrino – a partícula fantasma

Os neutrinos perdem somente para os fótons (partículas de luz) em abundância no universo, mas são externamente difíceis de serem detectados pois interagem muito fracamente com a matéria. A saga até a descoberta do neutrino começou quando um mistério permeava a mente dos cientistas no final da década de 20. Sabia-se desde 1911 que o átomo era composto por um núcleo muito pequeno, positivamente carregado (prótons) e que era responsável por quase toda sua massa. Os elétrons (partículas negativamente carregadas) formavam uma nuvem em volta do núcleo.  Esse modelo para o átomo proposto por Rutherford, também previa uma terceira partícula eletricamente neutra (nêutrons) que foi finalmente detectada em 1932.

Um núcleo instável (com uma quantidade de nêutrons muito maior que a de prótons) pode decair emitindo uma partícula beta (elétron). Como sabemos, o núcleo de um átomo não possui elétrons. A partícula beta é criada nesse processo (que acontece em substâncias radioativas) quando o nêutron se transforma espontaneamente em um próton. Sendo o núcleo muito mais pesado, a energia liberada pelo decaimento beta deveria aparecer na velocidade do elétron emitido. Esperava-se que átomos iguais deveriam liberar uma quantidade de energia igual no decaimento, de forma que os elétrons seriam emitidos sempre com a mesma velocidade, ou seja, teriam a mesma energia cinética. Contudo, o que se observou experimentalmente é que um mesmo átomo emitia partículas beta com energias variadas, violando a lei de conservação da energia. Se a partícula beta poderia ter uma velocidade de emissão máxima, v2, para onde iria a energia “faltante” quando ela era emitida com velocidades menores que v2?

betadecayEsse resultado exigia medidas radicais e, em 1930, o físico austríaco Wolfgang Pauli propôs a existência de uma nova partícula sem carga. Por ser eletricamente neutra, essa nova partícula passaria despercebida pelos detectores da época (veja que o nêutron somente foi detectado em 1932). Em 1933, Enrico Fermi elaborou uma teoria para o decaimento beta baseada na proposição de Pauli e batizou essa nova partícula de neutrino (na verdade o decaimento beta produz um antineutrino e um elétron). Como os neutrinos interagem muito pouco com a matéria, sua detecção é difícil e ocorreu pela primeira vez somente em 1956. Mais tarde, ficou evidente que existia mais de um tipo de neutrino.

Quais são esses tipos de neutrinos? Em 1937 uma nova partícula foi descoberta, o múon. Essa partícula instável é semelhante ao elétron, com carga elétrica negativa, porém com uma massa 200 vezes maior. Num experimento realizado entre 1974 e 1977, uma outra partícula com as mesmas propriedades do elétron, porém ainda mais pesada (1800 vezes a massa do elétron) foi descoberta: o tau. O decaimento observado dessas duas partículas apresentava inconsistências com a teoria vigente. Conjecturou-se então a existência de outros tipos de neutrinos para explicar os decaimentos das partículas múon e tau. A previsão foi confirmada com detecções em 1962 para o neutrino do múon e em 2000 para o neutrino do Tau, completando o time com o neutrino do elétron.

O Sol emite uma enorme quantidade de neutrinos que bombardeia a Terra a todo instante. Esses neutrinos são uma rica fonte de informação sobre os diversos processos no interior da nossa estrela. Contudo, a quantidade que observamos é menor do que a esperada baseando-se em modelos solares. Esse déficit ficou conhecido como problema do neutrino solar. Em 1969,  Gribov e Pontecorvo propuseram que algumas propriedades dessas partículas, chamadas oscilações, poderiam explicar o problema do neutrino solar. No percurso do Sol até a Terra os neutrinos oscilam entre os diversos tipos, passando de neutrino do elétron para o do múon ou o do tau, impossibilitando a detecção nos experimentos destinados a medir somente neutrino do elétron. De acordo com a teoria, essa oscilação só é possível caso cada tipo de neutrino tenha uma massa diferente de zero e que elas também sejam diferentes entre si. Até o problema do deficit de neutrinos solares surgir, acreditava-se que nenhum tipo de neutrino tinha massa (assim como os fótons).

12038640_10153153942924103_5561301096287396402_oO experimento Super-Kamiokande no japão, liderado pelo pesquisador japonês Takaaki Kajita, detectou o processo de oscilação de neutrinos em 1998. Um outro experimento no Canadá, chamado Sudbury Neutrino Observatory e liderado pelo pesquisador canadense Arthur B. McDonald, colocou um limite inferior na soma das massas dos 3 tipos de neutrinos em 1999. Takaaki Kajita e Arthur B. McDonald dividiram o prêmio Nobel de física de 2015 “pela descoberta das oscilações do neutrino, que mostram que os neutrinos têm massa”.

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Nascida na capital federal, morei nos EUA, Itália e atualmente me encontro no país mais populoso do mundo. Isso mesmo, estou morando na China, mais precisamente na cidade de Hefei. Sinta-se a vontade para procurar essa pequena cidade (para os parâmetros chineses) de mais de 7 milhões de habitantes no mapa. Sou formada em Física pela Universidade de Brasília e PhD em astrofísica pela universidade de Roma. Sempre ávida por dividir conhecimento, não somente no campo das ciências, mas também as minhas experiências pessoais , preferências literárias, etc. O leque é muito grande, então por simplicidade, digamos que gosto de debater sobre tudo e sobre nada, sobre qualquer coisa der na telha.

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