Uma variedade altamente reclusa de partículas subatômicas leves parece menos provável
Por décadas, os físicos suspeitaram de um intruso. Uma partícula subatômica hipotética e reclusa pode estar se infiltrando nos estudos de neutrinos, partículas quase sem massa e sem carga elétrica. Um novo estudo lança dúvidas sobre essa ideia, mas deixa sem solução o mistério do que causou resultados peculiares em certos experimentos com neutrinos.
“Ainda não temos a resposta”, diz a física Kate Scholberg, da Duke University, que não se envolveu com o novo resultado. “É simultaneamente satisfatório e insatisfatório.”
Neutrinos, que vêm em três variedades conhecidas, apareceram em maior número do que o esperado em alguns experimentos. Esse comportamento estranho levantou a perspectiva tentadora de que um quarto tipo de neutrino mais furtivo, chamado de neutrino estéril, poderia estar aguardando descoberta. Mas novos dados do Micro Booster Neutrino Experiment, ou MicroBooNE, favorecem o trio de neutrinos canônicos.
Um experimento anterior chamado MiniBooNE, localizado no Fermilab em Batavia, Illinois, havia encontrado durante anos mais neutrinos do que o esperado em baixas energias, uma dica reforçada com mais dados em 2018. Um experimento de neutrino ainda anterior, realizado na década de 1990, também viu um sinal semelhante.
Com o MiniBooNE, os cientistas estudaram um fenômeno chamado oscilação de neutrino. As três variedades conhecidas de neutrinos – neutrinos de elétrons, neutrinos de múons e neutrinos de tau – podem se transformar, ou oscilar, de um tipo para outro enquanto viajam. O MiniBooNE procurou neutrinos de elétrons produzidos quando os neutrinos de múon oscilavam. O aparente excesso de neutrinos de elétrons visto pelo MiniBooNE poderia indicar que a troca parecia acontecer com mais frequência do que o esperado, potencialmente devido a neutrinos estéreis atrapalhando as oscilações.
Mas havia um problema. Os detectores de partículas não podem localizar neutrinos diretamente, em vez de identificá-los observando outras partículas cuspidas quando os neutrinos interagem dentro de um detector. E o MiniBooNE tendia a confundir elétrons – uma assinatura dos neutrinos de elétrons – com fótons, partículas de luz que poderiam indicar outra partícula. Isso deixou os cientistas inseguros se os eventos em excesso eram realmente neutrinos de elétrons. O neutrino estéril permaneceu um ponto de interrogação.
Digite MicroBooNE. Também no Fermilab, o experimento usa um tipo avançado de detector que pode distinguir elétrons de fótons. Assim, os cientistas começaram a investigar os eventos em excesso – com o objetivo de descobrir se eles envolviam elétrons ou fótons. Mas o MicroBooNE, de maneira confusa, não encontrou nenhum excesso. Em um seminário de 1º de outubro e em um artigo postado em arXiv.org, o MicroBooNE praticamente eliminou a possibilidade de eventos extras envolvendo fótons. O novo resultado, divulgado em 27 de outubro durante um seminário virtual, descarta muitos dos possíveis tipos de eventos extras envolvendo elétrons, tornando a ideia do neutrino estéril menos plausível.
Não está claro por que um experimento viu um excesso e o outro não. A diferença entre as duas medições pode ser devida aos diferentes materiais usados nos detectores, diz Scholberg – carbono no caso do MiniBooNE, argônio para o MicroBooNE.
Outras explicações possíveis para o excesso de eventos que MiniBooNE encontrou ainda precisam ser investigadas, algumas das quais podem ir além da física padrão. As detecções, por exemplo, podem envolver elétrons emparelhados com seus parceiros de antimatéria, pósitrons. Esse par poderia apontar o dedo para diferentes coisas subatômicas hipotéticas, em particular, o que é chamado de partícula semelhante a um axião.
Os pesquisadores “eliminaram muitas possibilidades do que poderia ser esse excesso, então achei os resultados bastante convincentes”, disse o físico Mayly Sanchez, da Iowa State University em Ames, que não esteve envolvido no estudo. “Você está dando cada vez menos lugares para se esconder para esses neutrinos estéreis.”
Mas toda esperança de neutrinos estéreis não está perdida: um cenário mais complicado envolvendo um neutrino estéril combinado com outros novos fenômenos teorizados ainda poderia explicar o excesso de eventos.
“Ainda há um mistério em andamento”, diz a física Bonnie Fleming, da Universidade de Yale, co-porta-voz do experimento MicroBooNE. “Temos mais trabalho a fazer. Não há dúvidas sobre isso.”
Publicado em 28/10/2021 19h16
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