doi.org/10.1038/s41567-024-02461-9
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#Partícula
A massa restante de neutrinos fantasmagóricos é uma das quantidades mais procuradas na física de partículas que os cientistas estão um passo mais perto de determinar com precisão, graças a uma nova experiência liderada por investigadores do Instituto Max Planck de Física Nuclear, na Alemanha.
Se a massa dos neutrinos fosse conhecida, poderia abrir a porta para a física além do domínio do Modelo Padrão da física de partículas, que descreve todas as forças conhecidas e partículas elementares no Universo.
Dizer que os neutrinos são estranhos é um eufemismo.
Uma vez sugerido que não tinha massa alguma, agora está claro que esta partícula quase existente é na verdade três tipos em um, com identidades que oscilam em um estranho borrão quântico à medida que voam pelo espaço.
Esta identidade oscilante implica massa, que também vem em diferentes formas, espalhada pela aparência mutável do neutrino.
Por serem tão leves e estranhos, os neutrinos podem não seguir as mesmas regras que outras partículas.
Somar com precisão a mancha de suas massas incrivelmente pequenas pode até ajudar a confirmar e descartar novos modelos na física de partículas.
No entanto, os físicos não podem simplesmente pesar cachos de neutrinos estacionários como uvas numa balança.
Em vez disso, eles só podem confirmar a presença de tais partículas subatômicas observando suas interações com outras partículas ou medindo os produtos de seu decaimento.
Uma partícula pode estar presente apenas por um breve momento, mas nesse período ela deixa sua marca ou traço a partir do qual os físicos podem inferir a massa.
No entanto, sem carga e praticamente sem atração gravitacional, os neutrinos exercem apenas uma força muito fraca sobre outras partículas.
Na verdade, bilhões de neutrinos estão passando pelo seu corpo neste momento, a maioria vindo do Sol, mas raramente interagem conosco.
No entanto, só porque têm tão pouca influência sobre outras partículas subatómicas não significa que os neutrinos não sejam uma parte fundamental da matéria.
Eles são as partículas mais abundantes com massa no Universo, e saber o que dá a essas variações de neutrinos massas em repouso tão pequenas e diferentes de zero poderia ajudar os físicos a resolver ou compreender algumas das contradições no Modelo Padrão que os neutrinos apresentam no maneira como eles oscilam.
Os físicos têm refinado constantemente suas melhores estimativas dos limites superiores das massas individuais e coletivas dos neutrinos, usando vários métodos.
A medição mais precisa de um “sabor? chamado neutrino do elétron descobriu que ele não poderia ser superior a 0,8 elétron-volts.
Traduzindo isso para massa relativa a 1 quilograma (ou 2,2 libras), é como o peso de quatro passas comparado ao Sol.
Definida em fevereiro de 2022, a estimativa mais recente foi produzida pelo Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment (KATRIN) na Alemanha, inferida a partir da pulverização de elétrons e neutrinos liberados como uma forma superpesada de decaimento do hidrogênio.
Outra maneira de chegar à massa de um neutrino, por menor que seja, é estudar o que acontece quando o núcleo atômico de um isótopo artificial hólmio-163 absorve um elétron de sua camada mais interna.
Como resultado, um próton é convertido em um nêutron, o elemento disprósio-163 é produzido e um neutrino é liberado.
Os físicos podem então medir a energia total liberada neste decaimento usando uma espécie de calorímetro e inferir a massa do neutrino “desaparecido” que voou para o éter com base na massa total do átomo e na famosa equação de Einstein, E = mc2, onde massa e energia são equivalentes.
Isso é calculado como o chamado valor Q: uma diferença de energia que pode ser traduzida na massa “ausente? da soma total das partículas atômicas após uma reação de decaimento.
Essa diferença de massa é interpretada como o neutrino.
No entanto, os átomos de ouro nos quais o hólmio-163 está incorporado podem influenciar esta reação de decaimento, explica Christoph Schweiger, físico do Instituto Max Planck de Física Nuclear e principal autor do novo estudo.
“Portanto, é importante medir o valor de Q com a maior precisão possível usando um método alternativo e compará-lo com o valor determinado calorimetricamente, a fim de detectar possíveis fontes sistemáticas de erro”, afirma.
Para fazer isso, Schweiger e colegas montaram um experimento que combinou cinco chamadas armadilhas de Penning, empilhadas uma sobre a outra dentro de um ímã supercondutor colocado no vácuo e imerso em hélio líquido a cerca de 4 graus Kelvin (-269,1°C ou -452,5°F).
Todo esse esforço ajuda protegendo o equipamento para que seja sensível o suficiente para capturar partículas em suas armadilhas Penning e medir as sutis diferenças de energia entre os íons carregados de hólmio-163 e disprósio-163.
“Com um Airbus A-380 com carga máxima, você poderia usar essa sensibilidade para determinar se uma única gota de água caiu sobre ele”, diz Schweiger.
Na verdade, os pesquisadores mediram a entrada de íons hólmio-163 e os íons disprósio-163 resultantes para chegar a um valor Q de 2.863,2 ± 0,6 eV c-2, que é 50 vezes mais preciso do que um esforço anterior que chegou a um valor de 2.833 ± 34 eVc-2.
Usar um valor Q mais preciso e medido de forma independente em conjunto com outros resultados experimentais “é vital para a avaliação de incertezas sistemáticas na determinação da massa de neutrinos”, escrevem Schweiger e colegas em seu artigo publicado.
Embora seja apenas uma peça do quebra-cabeça, a precisão aprimorada em medidas como Q pode ser combinada com a ampla variedade de abordagens para entender por que os fantasmas estranhos e brilhantes do mundo das partículas se comportam como os poltergeists que são.
Publicado em 26/04/2024 19h52
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