Recentemente, os físicos conseguiram medir a massa dessas partículas com precisão recorde usando técnicas avançadas de detecção. Esta descoberta pode fornecer novos insights sobre a física do universo e ajudar a esclarecer alguns dos mistérios científicos não resolvidos.
Isso é 1.6 × 10–36 quilogramas em massa métrica, e muito, muito pequeno em imperial.
Embora ainda não tenhamos uma medida precisa, a restrição nos aproxima de entender essas estranhas partículas, o papel que elas desempenham no universo e o impacto que elas poderiam ter em nossas teorias atuais de física.
O feito foi alcançado no Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment (KATRIN) na Alemanha.
“A segunda campanha de medida de massa de neutrinos do KATRIN, apresentada aqui, alcançou sensibilidade sub-elétron-volt”, escreveram os pesquisadores em seu artigo, publicado em fevereiro de 2022.
Os neutrinos são muito peculiares. Eles estão entre as partículas subatômicas mais abundantes no universo, semelhantes aos elétrons, mas sem carga e quase sem massa.
Isso significa que eles interagem muito raramente com a matéria normal; na verdade, bilhões estão passando pelo seu corpo agora.
Por isso chamamos de partículas fantasma. Isso também as torna incrivelmente difíceis de detectar. Temos alguns métodos para detecção, como detectores de neutrinos Cherenkov, mas esses são indiretos, capturando os efeitos dos neutrinos passando, ao invés dos próprios neutrinos.
Tudo isso significa que medir a massa quase zero dessas partículas é um desafio particularmente difícil.
Mas, se pudermos obter uma medida dessa propriedade, haverá muito mais a aprender sobre o universo. Infelizmente, também é muito difícil de fazer. Você não pode simplesmente pegar uma balança minúscula, colocar um neutrino nela e acabar com isso.
O KATRIN utiliza a desintegração beta de um isótopo radioativo instável do hidrogênio chamado trítio para investigar a massa de um neutrino. Dentro da câmara de 70 metros, o gás trítio decai em hélio, um elétron e um antineutrino eletrônico, enquanto um espectrômetro sensível examina os resultados.
Como os neutrinos são tão fantasmagóricos, não é possível medí-los. Mas os físicos estão bastante certos de que uma partícula e sua antipartícula têm massa e energia distribuídas de forma equilibrada; portanto, se você medir a energia dos elétrons, pode derivar a energia do neutrino.
É assim que a equipe obteve o limite superior de 1 elétron-volt para a massa do neutrino em 2019.
Para refinar esse resultado, a equipe combinou um aumento no número de decaimentos de trítio com métodos para reduzir a contaminação de outros tipos de decaimento radioativo, resultando em seu limite superior refinado.
“Esse trabalho laborioso e intrincado foi a única maneira de excluir um viés sistemático de nosso resultado devido a processos distorcidos”, disse os físicos Magnus Schlösser do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe e Susanne Mertens do Instituto Max Planck de Física na Alemanha.
“Estamos particularmente orgulhosos de nossa equipe de análise que aceitou esse desafio enorme com grande compromisso e foi bem-sucedida.”
O resultado marca a primeira vez que as medições de um neutrino caíram abaixo do limite de 1 elétron-volt. É um resultado importante que, ainda que ainda não seja uma massa exata, permitirá aos cientistas refinar os modelos físicos do universo.
Enquanto isso, a colaboração continuará a tentar refinar as medições da massa do neutrino.
“As medidas adicionais da massa dos neutrinos continuarão até o final de 2024”, disseram os pesquisadores.
Os resultados foram publicados na revista Nature Physics.
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