Os neutrinos guardam segredos para o cosmos?

LINHAS DE FUNDO. Como fios de algas de alta tecnologia, o conjunto de detectores Antares se eleva do fundo do mar ao largo de Marselha, França. Cronometrar com precisão o flash de luz de um neutrino é a chave para rastrear o caminho de uma partícula através da matriz.

F. Montanet / Antares

Poderiam tipos incontáveis de neutrinos serem responsáveis pela matéria escura?

Por um quarto de século, a previsão de Wolfgang Pauli permaneceu uma suposição educada. Em 1930, o físico austríaco previu a existência de uma nova partícula subatômica fantasmagórica.

Depois de observar o decaimento beta em um núcleo radioativo, Pauli notou que uma partícula não descoberta deve existir para explicar o espectro resultante. Durante o decaimento beta, um próton se torna um nêutron, emitindo um pósitron. Mas Pauli argumentou que o núcleo também emitiu uma partícula eletricamente neutra desconhecida. Ele pensou que esta partícula hipotética tinha menos de 1 por cento da massa de um próton.

Durante os anos 1930, o físico italiano Enrico Fermi investigou o problema e concluiu o trabalho iniciado por Pauli. Fermi pensou que a força nuclear fraca desestabilizou os núcleos atômicos e causou transformações de partículas. Ele chamou a partícula fantasmagórica de Pauli de neutrino, palavra italiana para “pequeno neutro”.

Enquanto isso, o físico alemão Hans Bethe estava atacando a questão de como as estrelas brilham. Ao investigar essa questão, Bethe percebeu que os neutrinos desempenhavam um papel fundamental. As reações de fusão no núcleo do Sol criam uma torrente de neutrinos, uma fração dos quais passa pela Terra oito minutos depois. Essas partículas evanescentes carregam consigo um registro do que acontece dentro de uma estrela.

COSMIC BASICS. A matéria normal compreende elétrons e neutrinos, além de partículas construídas a partir de combinações de três quarks, como prótons e nêutrons. A troca de entidades portadoras de força, como fótons e glúons, dá origem ao eletromagnetismo e às forças nucleares.

Astronomia: Roen Kelly

Os neutrinos existem em três tipos – elétron, múon e tau. Mas essas partículas elusivas não interagem muito com outras matérias. Os neutrinos podem passar quase sem restrições por meio de nós, da Terra, do Sol ou do coração superdenso de uma estrela em explosão. Embora existam em números enormes, o desafio dos neutrinos é detectá-los.

Na década de 1950, os físicos Fred Reines e Clyde Cowan começaram uma série de experimentos para tentar. Em meados da década de 1950, o Projeto Poltergeist mostrou que isso poderia ser feito. O experimento detectou neutrinos usando um reator nuclear como fonte e um tanque de água como detector, ambos enterrados em uma mina.

Embora Bethe tenha delineado os processos pelos quais as estrelas obtêm energia por meio da fusão do hidrogênio, muitos mistérios dos neutrinos permanecem. Há muito tempo, os astrônomos sabem que o universo contém muito mais matéria do que as coisas brilhantes que podemos ver. Eles sabem disso porque rastreiam galáxias se movendo em resposta à atração gravitacional de grandes quantidades de material que não emite nem bloqueia a matéria clara – escura.

SENSORES SUNKEN. O detector de neutrinos Super Kamiokande do Japão é um cilindro de 40 metros de largura e altura. Sensores de luz que revestem o tanque cheio de água procuram neutrinos.

Observatório Kamioka / Universidade de Tóquio / Tomasz Barszczak

Poderiam variedades incontáveis de neutrinos ser responsáveis por grande parte – ou mesmo toda – a matéria escura que os astrônomos acreditam estar lá fora? Infelizmente, os cientistas agora pensam que a resposta é não.

Pesquisas recentes sugerem que, embora os neutrinos tenham massa, eles não têm o suficiente para representar toda a matéria escura do cosmos. Além disso, os neutrinos se movem quase na velocidade da luz, o que significa que eles não se aglutinam facilmente como a matéria escura é observada em galáxias.

Independentemente do possível papel dos neutrinos como matéria escura, as partículas difíceis de capturar também podem ajudar os astrônomos a decifrar como a própria matéria surgiu. Quando o Big Bang ocorreu, matéria e antimatéria deveriam ter sido criadas em quantidades iguais. E quando a matéria e a antimatéria se encontram, elas se aniquilam. Se as quantidades fossem iguais, apenas a radiação teria preenchido o universo.

Por que existe tanta matéria no cosmos? Talvez os neutrinos tenham desempenhado um papel fundamental na assimetria inicial do universo. Nesse caso, devemos nossa existência a eles.

Os neutrinos também surgem em outros mistérios cósmicos. Portanto, espere ouvir muito mais sobre essas partículas estranhas à medida que os cientistas continuam a investigar os segredos da matéria.

Publicado em 23/09/2020 11h25

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