NEUTRINOS

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OLÁ!

VAMOS FALAR DOS NEUTRINOS?

Por que existe mais matéria do que antimatéria no Universo? O estudo é o resultado do trabalho de dezenas de cientistas que trabalham no projeto Tokai to Kamioka (T2K), cujo objetivo é desvendar os mistérios que circundam uma partícula conhecida como neutrino.

O que é um neutrino?
De forma simplificada, um neutrino é uma partícula subatômica, como o elétron, por exemplo, que não tem carga carga magnética. Isso faz com que ele não seja repelido ou atraído por outras partículas presentes na natureza — o que torna suas interações com a matéria muito raras e praticamente indetectáveis.

Como foram descobertos?

O decaimento beta ocorre quando um núcleo instável emite um elétron, o que causa a perda de energia por parte do núcleo e a alteração do número de prótons a ele pertencentes. Por meio de observações, verificou-se que a energia perdida pelo núcleo instável não era totalmente “carregada” pelo elétron. Assim, surgiu uma dúvida a respeito do que estava ocorrendo com o restante da energia perdida pelo elemento instável.

Decaimento beta de um núcleo.
imagem: brasilescola.uol.com.br

Em 1930, o físico austríaco Wolfgang Pauli sugeriu que a energia que faltava deveria ser levada por uma partícula extremamente pequena e sem carga elétrica, o que a tornaria extremamente difícil de ser detectada. Em 1932, o italiano Enrico Fermi denominou de neutrinos as partículas que possuíam o restante da energia perdida pelo elemento instável. Em italiano, o termo neutrino significa pequeno nêutron, mas essa partícula não pode ser confundida com os nêutrons, tipo de elemento que constitui o núcleo dos átomos.

Essas partículas são produzidas pelo Sol e por outras estrelas em três variedades (ou “sabores”, como apelidaram os cientistas): o neutrino do elétron, o neutrino do múon e o neutrino do tau. Além disso, cada uma dessas partículas tem uma antipartícula equivalente — no caso, o antineutrino.

Como se não bastasse, essas partículas são como camaleões, pois podem mudar de tipo à medida que se aproximam da velocidade da luz. Ou seja, um neutrino de elétron que saiu do Sol, por exemplo, pode se transformar em um neutrino de tau antes de chegar à Terra.

NEUTRINOS E QUANTIDADE DE MATÉRIA E ANTIMATÉRIA 
Uma das principais hipóteses sobre a origem do Universo diz que o Big Bang deveria ter criado quantidades iguais de matéria e antimatéria. Entretanto, como os especialistas já observaram, o Espaço é fundamentalmente feito de matéria — e explicar o que causou essa assimetria é um dos maiores desafios da física na atualidade.

Em 1967, o físico russo Andrei Sakharov propôs que um dos motivos responsáveis por essa diferença está no fato de que a simetria dos neutrinos não é perfeita, fazendo com que cada um exiba propriedades ligeiramente diferentes. Para ele, foi justamente essa variação que levou ao excesso de matéria no nosso Universo.

Ou seja, diferente do que ocorre na maioria dos fenômenos, nos quais as leis da física fornecem uma descrição simétrica do comportamento da matéria e da antimatéria, isso não acontece com os neutrinos. Ou seja, na antimatéria o neutrino não seria exatamente o seu oposto existente na matéria.

O novo experimento
Foi tentando comprovar ou refutar a teoria de Sakharov que os cientistas do projeto T2K utilizaram os aparelhos do Complexo de Pesquisa do Acelerador de Prótons do Japão (J-PARC), em Tokai, para criar neutrinos (essas partículas são geradas quando prótons colidem em alta velocidade com um alvo feito de grafite). Para isso, eles utilizaram o tanque subterrâneo da instalação, que tem 295 quilômetros de distância, armazena 50 mil toneladas de água ultrapura e é revestido com 13 mil fototubos com sensores de luz.

Neutrinos podem explicar porque há mais matéria que antimatéria no Universo. Abaixo: Padrão de detecção para um neutrino eletrônico (Foto: T2K INTERNATIONAL COLLABORATION)
Neutrinos podem explicar porque há mais matéria que antimatéria no Universo. Acima: Padrão de detecção para um neutrino eletrônico (Foto: T2K INTERNATIONAL COLLABORATION)
Como os neutrinos têm uma chance extremamente pequena de interagir com a matéria e, portanto, são muito difíceis de serem detectados, o experimento levou anos para ser concluído. Segundo os cientistas, cerca de 1020 interações foram geradas em uma década, período no qual 90 neutrinos e 15 antineutrinos foram detectados.

Usando esses dados, os físicos mediram a probabilidade de um neutrino oscilar entre os diferentes “sabores” durante sua jornada. A equipe realizou o mesmo experimento com antineutrinos e comparou os números. A ideia era que, se a matéria e antimatéria são perfeitamente simétricas, as probabilidades devem ser as mesmas.

Mas os especialistas observaram o oposto, como teorizou Sakharov. Os neutrinos de múon, por exemplo, se transformam em neutrinos de elétrons a uma taxa muito mais alta que os antineutrinos de múon se transformam em antineutrinos de elétrons.

“O que nosso resultado mostra é que temos mais de 95% de certeza de que os neutrinos e antineutrinos se comportam de maneira diferente. Isso é uma grande novidade por si só”, afirmou Patrick Dunne, do Imperial College London, em declaração. “Hoje, nosso resultado constata que, diferentemente de [testes feitos com] outras partículas, o resultado em neutrinos é compatível com muitas das teorias que explicam a origem da dominância de matéria no Universo.”

Encontrar essa violação da lei da paridade entre os neutrinos é uma dica de que fontes maiores de assimetria estavam em ação no Universo primitivo. Isso porque, apesar dessas partículas sozinhas serem muito pequenas para explicar o desequilíbrio entre matéria e antimatéria, elas poderiam estar ligadas a um quarto tipo de neutrino.

Aproximadamente 65 bilhões de neutrinos passam através de cada centímetro quadrado da superfície terrestre por segundo.

ENTÃO, RESUMINDO:

Há tempos os físicos descobriram que os neutrinos têm uma propriedade incrível: eles podem mudar de cara, de vez em quando. É que eles são de três categorias. Existe o neutrino-elétron, o neutrino-múon e o neutrino-tau, e esses tipos podem se transformar uns nos outros. Só que, para isso, o neutrino precisa colidir com outras partículas, o quer dizer que ele tem de ter massa, pois, sem massa, a partícula passa lotada pelos outros fragmentos de matéria. O que os cientistas fizeram agora foi mostrar que os neutrinos trocam mesmo de personalidade, ao atravessar a Terra. Portanto, eles devem ter massa.
1. Um próton (partícula do núcleo atômico) vindo do espaço se choca com átomos da atmosfera terrestre.

2. Da trombada, espirram diversas partículas. Entre elas, um tipo de neutrino chamado neutrino-múon.

3. Esses neutrinos-múons atravessam a Terra toda a uma velocidade próxima à da luz no vácuo, ou seja, 300 000 quilômetros por segundo.

4. Ao longo da viagem, diversos desses neutrinos-múons esbarram nos átomos das rochas e viram neutrinos de outro tipo, os chamados neutrinos-taus.

5. A prova de que alguns múons realmente viraram taus é que o detector também capta neutrinos vindos diretamente da atmosfera. E esses são quase todos do tipo múon, pois, como não atravessaram a Terra, não tiveram chance de sofrer a metamorfose. Então, confirmando que os neutrinos mudam de cara, conclui-se que eles têm massa.
Se uma ervilha pesasse tanto quanto o Sol…

…um elétron pesaria tanto quanto um carro…

…e um neutrino, tanto quanto um mosquito.
Um tanque cheio de água, com milhares de “câmeras fotográficas”, capta os neutrinos que passam.

• O detector Superkamiokande foi construído numa antiga mina de zinco, 600 metros abaixo da superfície.

• O tanque contém 50 milhões de litros de água ultrapura.

• As paredes são revestidas por cerca de 11 200 sensores de luz, que funcionam como máquinas fotográficas.

• Cada vez que um neutrino bate numa partícula da água, ele emite um facho de luz, que é “fotografado” pelos fotodetectores.

VIDEO QUE MOSTRA O SUPERKAMIOKANDE E COMO ELE OPERA:

pesquisa: Revista Galileu ; Revista Nature on line; Wikipédia; brasilescola.uol.com.br

ESSE ARTIGO FOI TOTALMENTE REVISADO E ACRESCIDO DE NOVAS INFORMAÇÕES EM 11/01/22.

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