O modelo padrão da física de partículas representa apenas 20% da matéria do universo. Os físicos teorizaram que os 80% restantes são compostos pela chamada matéria escura, que consiste em partículas que não emitem, absorvem ou refletem luz e, portanto, não podem ser observadas diretamente com os instrumentos existentes.
A existência de matéria escura é inferida indiretamente por observações astronômicas de seus efeitos gravitacionais. Até agora, os pesquisadores não foram capazes de observar esse tipo misterioso de matéria diretamente, mas eles introduziram uma série de modelos teóricos delineando possíveis ‘traços’ que a matéria escura poderia deixar ao interagir com partículas de modelo padrão conhecido por meio de forças desconhecidas, também chamadas de forças das trevas.
De acordo com alguns desses modelos teóricos, a matéria escura poderia ser indiretamente observada detectando os efeitos de suas interações extremamente raras com a matéria normal. Dados astronômicos recentes coletados pelo telescópio Planck, lançado ao espaço há mais de uma década e operado pela Agência Espacial Europeia (ESA), sugeriram a existência de um tipo de neutrino inativo (isto é, estéril) com uma massa no sub-eV -scale, que podem ser candidatos promissores de matéria escura.
O RENO (Reactor Experiment for Neutrino Oscillation) Collaboration, um grupo de pesquisadores em diferentes institutos na Coreia do Sul, recentemente conduziu uma pesquisa por oscilações leves de neutrinos estéreis sub-eV, que foi baseada em dados coletados por dois detectores idênticos localizados na Coreia do Sul ao longo de 2.200 dias. Embora eles não tenham sido capazes de detectar essas oscilações, suas descobertas, publicadas na Physical Review Letters, podem informar pesquisas futuras por neutrinos estéreis.
“Neutrinos estéreis, se existirem, podem ser misturados com neutrinos ativos e, assim, deixar efeitos observáveis nos dados coletados em experimentos de neutrinos do reator”, disse Soo-Bong Kim, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, ao Phys.org. “Os experimentos da RENO na Coréia e da Baía Daya na China, que usam detectores múltiplos e idênticos em diferentes locais, têm sensibilidades altas o suficiente para testar os resultados do Planck.”
Até agora, esforços experimentais com o objetivo de detectar indícios de interações de neutrinos estéreis em escala sub-eV foram incapazes de captar sinais dessas partículas elusivas. Descobertas anteriores, portanto, parecem descartar parcialmente a validade da hipótese recente baseada em dados coletados pelo telescópio Planck. Para confirmar ou desconfirmar totalmente essa hipótese, os físicos primeiro precisarão realizar pesquisas que cubram o espaço de parâmetro restante, coletando medições muito precisas.
Em seu estudo, Kim e seus colegas analisaram uma vasta quantidade de dados coletados por dois detectores idênticos colocados a cerca de 300m e cerca de 1400m de seis reatores que estão situados na Usina Nuclear Hanbit, na Coréia. Esses dados foram acumulados ao longo de oito anos, como parte do experimento RENO. O principal objetivo do experimento RENO é medir ou definir um limite no chamado parâmetro de matriz de mistura de neutrinos θ13, que é responsável pelas oscilações que surgiriam da mistura entre diferentes sabores de neutrinos.
“A grande amostra de dados nos permite reduzir as incertezas relacionadas às flutuações estatísticas e nossa configuração de dois detectores idênticos é útil para reduzir substancialmente as incertezas associadas aos sistemas e métodos de medição”, explicou Kim. “Eles melhoraram substancialmente a precisão da medição do espectro de energia do neutrino. A mistura com o neutrino estéril não observável resulta no desaparecimento de neutrinos ativos nos dados, então tentamos sondar os efeitos do neutrino estéril comparando as formas espectrais dos dois detectores.”
No geral, o trabalho recente de Kim e seus colegas confirma a possibilidade de conduzir pesquisas de matéria escura usando instrumentos feitos pelo homem que podem medir oscilações com altos níveis de precisão. Até agora, os pesquisadores não conseguiram detectar nenhuma característica significativa que pudesse resultar de interações de neutrinos estéreis. Portanto, suas descobertas sugerem que, se essas partículas existissem, suas interações com outras partículas seriam extremamente fracas.
“Os resultados coletados por nós e pelo experimento de neutrino do reator Daya Bay fornecem um roteiro para futuras medições de precisão destinadas a detectar interações de neutrinos estéreis”, disse Kim. “Agora planejamos continuar a pesquisa de neutrino estéril na escala sub-eV. Além disso, relatamos recentemente os resultados de uma pesquisa de neutrino estéril em escala eV que mostrou uma indicação interessante de mistura com neutrino estéril nos espectros de neutrino observados. Planejamos continuar esses esforços usando o complexo de neutrino do reator RENO. ”
Publicado em 04/12/2020 21h00
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