Físicos medem o tamanho de um neutrino

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/02/2025

Esquema do experimento que mediu o tamanho do neutrino do elétron.
[Imagem: Joseph Smolsky et al. - 10.1038/s41586-024-08479-6]

Partículas misteriosas

Demoramos décadas para detectar experimentalmente um neutrino porque eles mal interagem com a matéria e, portanto, são difíceis de detectar e estudar.

Para se ter uma ideia, não conhecemos sequer sua massa, uma das propriedades mais básicas de qualquer partícula, mas sabemos que algo como meio bilhão de neutrinos atravessam seu corpo a cada segundo.

De fato, a descoberta de que os neutrinos têm massa valeu o Nobel de Física de 2015, mas essa massa deve ser minúscula, já que essas partículas subatômicas conseguem atravessar um cubo de chumbo sólido, com 1 ano-luz de aresta, sem se chocar com um único átomo.

Mas entendê-los melhor pode levar a uma melhor compreensão de uma questão fundamental: Por que existe mais matéria do que antimatéria no Universo conhecido?

Com tantos mistérios, Joseph Smolsky liderou uma equipe internacional de físicos que queria saber ainda outro detalhe: Qual é o tamanho de um neutrino?

Saber o tamanho de um neutrino é importante porque esse dado permitirá construir detectores de neutrinos no tamanho e formato mais adequados para capturá-los. Atualmente, os detectores são muito grandes, com base no que se acredita ser seu maior tamanho teórico possível - vários metros - embora se acredite que eles sejam bem menores.

Neste novo esforço, a equipe conduziu experimentos com o elemento químico berílio para medir o tamanho de um neutrino do elétron - hoje são conhecidos três tipos ou "sabores" de neutrinos: o neutrino do elétron, o neutrino do múon e o neutrino do tau.

Sabemos que um neutrino pesa menos do que 0,8 elétron-volt, mas recentemente foi detectado o neutrino mais energético já visto, na casa dos peta-elétrons-volt.
[Imagem: Leonard Köllenberger/KATRIN Collaboration]

Qual é o tamanho de um neutrino?

O experimento consistiu em medir o decaimento radioativo do berílio, que produz um elétron e um neutrino. Nesse processo, um elétron em um único átomo se combina com um próton, produzindo um nêutron, resultando na criação de um átomo de lítio. Conforme isso acontece, libera-se energia, empurrando o átomo em uma direção e o neutrino produzido na outra.

Ao iniciar o processo em um acelerador de partículas e colocar detectores de neutrinos extremamente sensíveis ao longo das laterais, a equipe conseguiu medir o momento dos átomos de lítio, e então usar isso para calcular o tamanho do neutrino.

Os resultados mostraram que os neutrinos medem pelo menos 6,2 picômetros (10^-12 metro), o que os torna cerca de mil vezes maiores do que um núcleo atômico típico.

Como uma partícula de tal tamanho emerge do decaimento de um átomo pode ser explicado pela natureza dos neutrinos: Em vez de consistir em partículas físicas, eles são ondas difusas, que se movem devido às suas vibrações. Seu tamanho é medido marcando os limites de seu pacote de ondas, que é a parte de sua onda que vibra mais fortemente.

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