De onde os neutrinos obtêm sua massa? É um mistério, um dos mais desconcertantes do Modelo Padrão da física de partículas. Mas uma equipe de físicos acha que sabe como resolvê-lo.
Aqui está o problema: os neutrinos são estranhos. Partículas ultra-fracas, a maioria delas é tão baixa energia e insubstancial que passa por todo o planeta sem parar. Durante décadas, os cientistas pensaram que não tinham massa. Na versão original do Modelo Padrão, que descreve a física de partículas, o neutrino era totalmente sem peso. Cerca de duas décadas atrás, isso mudou. Os físicos agora sabem que os neutrinos têm massa, embora em quantidades minúsculas. E eles ainda não sabem exatamente por que essa massa é.
Podemos resolver o mistério, argumenta um novo artigo publicado em 31 de janeiro na revista Physical Review Letters. Com tempo e dados suficientes, os neutrinos de maior energia que já podemos detectar devem ajudar a desvendar os segredos de sua massa.
Detectando ressonâncias de neutrinos
Os neutrinos vêm com diferentes quantidades de energia: duas partículas idênticas se comportarão de maneira muito diferente, dependendo da quantidade de energia que elas carregam.
A maioria dos neutrinos que podemos detectar vem do nosso sol e de um punhado de fontes de energia super brilhantes na Terra (como reatores nucleares), e são de energia relativamente baixa. E os neutrinos de baixa energia deslizam facilmente através de pedaços de matéria, sem bater em nada. Mas nosso planeta também é bombardeado por neutrinos com muito mais energia. E é muito mais provável que elas colidam com outras partículas, como um reboque de trator gritando pela estrada na pista que passa.
Em 2012, um detector de partículas entrou na Internet na Antártica, projetado para detectar esses neutrinos de alta energia. Mas o detector, chamado IceCube, não pode detectá-los diretamente. Em vez disso, procura o resultado de colisões de neutrinos de alta energia com moléculas de água no gelo circundante - colisões que produzem explosões de outros tipos de partículas que o IceCube pode detectar. Geralmente essas explosões são confusas, produzindo uma variedade de partículas. Mas às vezes são extraordinariamente limpos - o resultado de um processo chamado ressonância, disse o coautor do estudo Bhupal Dev, físico da Universidade de Washington em St. Louis.
Quando um neutrino bate em outra partícula, especificamente um elétron, e às vezes passa por um processo conhecido como ressonância de Glashow, Dev disse à Live Science que a ressonância esmaga as duas partículas e as transforma em algo novo: um bóson W. Proposta pela primeira vez em 1959, a ressonância Glashow requer energias muito altas, e um único exemplo pode ter surgido no IceCube em 2018, de acordo com uma palestra de 2018 em uma conferência de neutrinos.
Mas, de acordo com Dev e seus co-autores, pode haver outros tipos de ressonância por aí. Uma das teorias mais populares de como os neutrinos obtêm sua massa é conhecida como "modelo Zee". E sob o modelo Zee, haveria outro tipo de ressonância como o Glashow, produzindo outra nova partícula, conhecida como "explosão do Zee", escreveram os pesquisadores no novo estudo. E essa ressonância estaria dentro da capacidade do IceCube de detectar.
Se uma explosão de Zee fosse detectada, isso levaria a uma atualização radical do Modelo Padrão, transformando completamente a maneira como os físicos veem os neutrinos, disse Dev.
O modelo de Zee passaria de uma teoria para uma ciência firme, e o modelo existente de neutrinos seria descartado.
Mas o IceCube é sensível apenas a certas faixas de energias de neutrinos, e as condições que produziriam explosões Zee estão nas bordas externas dessa faixa. Com o tempo, um desses incidentes provavelmente será detectado pelo IceCube em algum momento nos próximos 30 anos.
Felizmente, porém, as atualizações do IceCube estão chegando, observaram os pesquisadores. Depois que o detector for atualizado para o IceCube-Gen 2 muito maior e mais sensível (não está claro exatamente quando isso acontecerá), o dispositivo mais sensível poderá captar uma explosão de Zee dentro de apenas três anos - se as explosões de Zee forem realmente lá fora.
E se as explosões de Zee não estiverem lá fora, e o modelo de Zee estiver errado, o mistério da massa de neutrinos só ficará mais profundo.
