Neutrinos estéreis não existem, revela experimento

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/01/2023

Diagrama do experimento Stereo, que descartou a hipótese dos neutrinos estéreis.
[Imagem: STEREO Collaboration - 10.1038/s41586-022-05568-2]

Tipos de neutrinos

Neutrinos estéreis não existem.

Esta foi a conclusão taxativa da colaboração internacional responsável pelo experimento Stereo, sigla em inglês para "Reator de Pesquisa para Oscilações de Neutrinos Estéreis", que coletou dados continuamente por mais de quatro anos.

O chamado Modelo Padrão da Física de Partículas descreve todas as partículas elementares conhecidas e suas interações, incluindo os neutrinos, partículas "inventadas" em 1930 por Wolfgang Pauli para fechar as equações que expressam as leis universais de conservação de energia.

Os neutrinos são muito leves - na verdade, a descoberta de que os neutrinos têm massa levou o Nobel de Física em 2015 -, são eletricamente neutros e interagem apenas através da força eletrofraca. Portanto, eles são extremamente difíceis de detectar - sua primeira detecção experimental direta só ocorreu 26 anos depois de serem teorizados.

Hoje são conhecidos três tipos ou "sabores" de neutrinos: o neutrino do elétron, o neutrino do múon e o neutrino do tau. À medida que viajam, eles podem mudar de identidade, oscilando entre diferentes propriedades devido à sua massa muito pequena.

Então, em 2011, o aumento da precisão dos experimentos revelou uma anomalia entre o fluxo de antineutrinos - a versão antimatéria do neutrino - previsto pelas teorias e aqueles emitidos por reatores nucleares. Isso desencadeou a hipótese da existência de um estado de neutrino suplementar que seria estéril, ou seja, que não seria capaz de interagir por meio da interação fraca. Esses neutrinos estéreis também viriam a calhar para explicar fenômenos físicos ainda não totalmente compreendidos, como a matéria escura.

Processo de detecção de neutrinos no Stereo. O neutrino incidente interage com um núcleo de hidrogênio do cintilador líquido para formar um pósitron (e+) e um nêutron (n) que, na maioria das vezes, será capturado por um núcleo de gadolínio.
[Imagem: D. Lhuillier/CEA]

Em busca do neutrino estéril

Para testar de modo inequívoco essa hipótese da existência dos neutrinos estéreis e determinar suas propriedades, o experimento Stereo começou a operar em 2017 junto ao reator de pesquisa nuclear de alto fluxo no Instituto Laue-Langevin (ILL), uma organização de pesquisa europeia sediada na França. O experimento consiste em um detector composto por seis elementos idênticos, colocados a apenas 10 metros do núcleo do reator.

Fortemente protegidas do ambiente externo, as células do detector foram posicionadas de maneira ideal para procurar, com uma precisão sem precedentes, a assinatura dos neutrinos estéreis: Se eles de fato existissem, deveriam aparecer distorções dependentes da posição em sua distribuição de energia.

Agora, a colaboração STEREO confirmou uma anomalia no fluxo de neutrinos emitidos pelo reator nuclear, mas descartou a hipótese de que os neutrinos estéreis seriam a causa disso.

Na verdade, segundo equipe, o que aconteceu foi um erro na teoria que sugeria a existência dos neutrinos estéreis.

"Conseguimos observar um total de mais de 100.000 neutrinos nos anos de 2017 a 2020, mas não conseguimos determinar nenhum vestígio de potenciais neutrinos estéreis nessas medições," resumiu Christian Buck, um dos pesquisadores do experimento. "O mais provável é que as anomalias observadas resultem de incertezas subestimadas nos dados nucleares dos decaimentos radioativos usados para a previsão do fluxo, e não dos próprios experimentos de neutrinos."

Embora esse resultado rejeite fortemente a hipótese do neutrino estéril, ele serve como um suporte adicional ao Modelo Padrão e seu conteúdo de neutrinos dos três outros sabores.

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