Neutrinos são partículas subatômicas elusivas criadas em uma ampla variedade de processos nucleares. Seu nome, que significa "pequeno neutro", refere-se ao fato de que eles não carregam carga elétrica. 

Neutrinos são partículas subatômicas que percorrem o cosmos quase à velocidade da luz. Crédito da imagem: Shutterstock

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Das quatro forças fundamentais do universo, os neutrinos interagem apenas com duas - a gravidade e a força fraca, que é responsável pela decadência radioativa dos átomos. Quase sem massa, eles percorrem o cosmos quase à velocidade da luz.

Incontáveis neutrinos passaram a existir frações de segundo após o Big Bang. E novos neutrinos são criados o tempo todo: nos corações nucleares das estrelas, nos aceleradores de partículas e reatores atômicos da Terra, durante o colapso explosivo das supernovas e quando os elementos radioativos decaem. Isso significa que existem, em média, 1 bilhão de vezes mais neutrinos do que prótons no universo, de acordo com o físico Karsten Heeger, da Universidade de Yale, em New Haven, Connecticut.

Apesar de sua onipresença, os neutrinos permanecem em grande parte um mistério para os físicos porque as partículas são muito difíceis de capturar. Os neutrinos passam pela maior parte da matéria como se fossem raios de luz passando por uma janela transparente, mal interagindo com tudo o que existe. Aproximadamente 100 bilhões de neutrinos estão passando por cada centímetro quadrado de seu corpo neste momento, embora você não sinta nada.

Descobrindo partículas invisíveis

Os neutrinos foram inicialmente apresentados como a resposta a um enigma científico. No final do século 19, os pesquisadores estavam intrigados com um fenômeno conhecido como decaimento beta, no qual o núcleo dentro de um átomo emite espontaneamente um elétron. A decadência beta parecia violar duas leis físicas fundamentais: conservação de energia e conservação de momento. No decaimento beta, a configuração final das partículas parecia ter pouca energia, e o próton ficava parado em vez de ser empurrado na direção oposta do elétron. Foi só em 1930 que o físico Wolfgang Pauli propôs a ideia de que uma partícula extra poderia estar voando para fora do núcleo, carregando consigo a energia que faltava e o momento.

"Fiz uma coisa terrível. Postulei uma partícula que não pode ser detectada", disse Pauli a um amigo, referindo-se ao fato de que seu hipotético neutrino era tão fantasmagórico que dificilmente interagiria com qualquer coisa e teria pouca ou nenhuma massa.

Mais de um quarto de século depois, os físicos Clyde Cowan e Frederick Reines construíram um detector de neutrinos e o colocaram fora do reator nuclear na usina atômica de Savannah River, na Carolina do Sul. Seu experimento conseguiu roubar algumas das centenas de trilhões de neutrinos que estavam voando a partir do reator, e Cowan e Reines orgulhosamente enviaram a Pauli um telegrama para informá-lo de sua confirmação. Reines viria a ganhar o Prêmio Nobel de Física em 1995, época em que Cowan já havia morrido.

Mas, desde então, os neutrinos têm desafiado continuamente as expectativas dos cientistas.

O sol produz um número colossal de neutrinos que bombardeiam a Terra. Em meados do século 20, os pesquisadores construíram detectores para procurar esses neutrinos, mas seus experimentos continuaram mostrando uma discrepância, detectando apenas cerca de um terço dos neutrinos previstos. Ou algo estava errado com os modelos do sol dos astrônomos ou algo estranho estava acontecendo.

Os físicos finalmente perceberam que os neutrinos provavelmente vêm em três sabores ou tipos diferentes. O neutrino comum é chamado de neutrino de elétron, mas também existem dois outros sabores: um neutrino de múon e um neutrino de tau. À medida que passam pela distância entre o Sol e nosso planeta, os neutrinos estão oscilando entre esses três tipos, e é por isso que os primeiros experimentos, que haviam sido projetados apenas para procurar um sabor, perdiam dois terços de seu número total.

Mas apenas partículas com massa podem sofrer essa oscilação, contradizendo as ideias anteriores de que os neutrinos não tinham massa. Embora os cientistas ainda não saibam as massas exatas de todos os três neutrinos, os experimentos determinaram que o mais pesado deles deve ser pelo menos 0,0000059 vezes menor que a massa do elétron.

Novas regras para neutrinos?

Em 2011, pesquisadores do experimento do Projeto de Oscilação com Aparato de Risco de Emulsão (OPERA) na Itália causaram sensação mundial ao anunciar que haviam detectado neutrinos viajando mais rápido do que a velocidade da luz, um empreendimento supostamente impossível. Embora amplamente divulgado na mídia, os resultados foram recebidos com muito ceticismo por parte da comunidade científica. Menos de um ano depois, os físicos perceberam que a fiação defeituosa havia imitado uma descoberta mais rápida do que a luz, e os neutrinos voltaram ao reino das partículas cosmicamente obedientes às leis.

Mas os cientistas ainda precisam aprender muito sobre os neutrinos. Recentemente, pesquisadores do Mini Booster Neutrino Experiment (MiniBooNE) do Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), perto de Chicago, forneceram evidências convincentes de que detectaram um novo tipo de neutrino, chamado neutrino estéril. Tal descoberta corrobora uma anomalia anterior vista no Detector de Neutrino Cintilador Líquido (LSND), um experimento no Laboratório Nacional de Los Alamos, no Novo México. Os neutrinos estéreis derrubariam toda a física conhecida porque não se encaixam no que é conhecido como Modelo Padrão, uma estrutura que explica quase todas as partículas e forças conhecidas, exceto a gravidade.

Se os novos resultados do MiniBooNE se confirmarem, "Isso seria enorme; isso está além do Modelo Padrão; isso exigiria novas partículas... e uma estrutura analítica totalmente nova", disse a física de partículas Kate Scholberg, da Duke University.

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Recursos adicionais:

• Saiba mais sobre oscilações de neutrinos neste vídeo do Fermilab.
• Assista a este vídeo útil sobre neutrinos estéreis, também do Fermilab.
• Leia mais sobre neutrinos no Observatório de Neutrinos do Pólo Sul IceCube.

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Referência:

MANN, Adam. What Are Neutrinos? Live Science, Nova York, 21, fev. 2019. References. Disponível em: <https://www.livescience.com/64827-neutrinos.html>. Acesso em: 20, mai. 2021.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.