Um enorme experimento para determinar a massa de uma das partículas mais intrigantes do Universo limitou o tamanho do neutrino.

Uma vez considerada sem massa, acredita-se que a massa da partícula pesa não mais do que um único elétron-volt. Pode não ser uma resposta precisa, mas nos aproxima um passo de uma solução satisfatória para um dos maiores mistérios da física moderna.

Neutrinos são estranhos. Eles estão entre as partículas mais abundantes do Universo e ainda são difíceis de detectar. Devido a suas propriedades únicas, eles interagem muito pouco com a matéria normal, enquanto fluem pelo Universo quase na velocidade da luz.

Bilhões de neutrinos estão passando pelo seu corpo agora. Você pode ver por que eles são chamados de 'partículas fantasmas'.

O Karlsruhe Tritium Neutrino (KATRIN) O experimento iniciou sua campanha de testes para calcular a massa de repouso do neutrino na primavera passada, depois de anos de calibrações e testes de suas instalações na Alemanha.

No início deste mês, representantes da colaboração entregou seu primeiro lote de resultados em uma conferência no Japão.

Embora ainda haja um caminho a percorrer, e as descobertas ainda não tenham sido publicadas, os esforços da equipe reduziram pela metade as estimativas de massa anteriormente consideradas possíveis, abaixo do limite superior anterior de cerca de 2 volts de elétron para apenas 1.

Diferentemente das unidades de libras e quilogramas, essa medida não é fácil de visualizar. O físico do MIT, Joseph Formaggio e o principal membro do grupo experimental KATRIN, sugere começar minúsculo e depois diminuir.

"Cada vírus é composto de aproximadamente 10 milhões de prótons" Formaggio explicou ao escritor do MIT NewsJennifer Chu.

"Cada próton pesa cerca de 2.000 vezes mais que cada elétron dentro desse vírus. E o que nossos resultados mostraram é que o neutrino tem uma massa menor que 1 / 500.000 de um único elétron!"

Por acaso, ninguém fica surpreso que a massa base de um neutrino possa ser tão inconcebivelmente baixa. De fato, quando foram sugeridas pela primeira vez como parte do Modelo Padrão da física de partículas, foi assumido que as partículas não tinham massa alguma.

Essa suposição foi empiricamente contestada no final dos anos 90 por os resultados de um experimento histórico demonstrar neutrinos fluindo do Sol mudou de forma ou sabor, de uma maneira que significava que sua massa não poderia ser zero.

Então, se não é zero, o que é? Por mais de duas décadas, várias experiências fizeram o possível para restringir os limites de quão grande – ou pequeno – pode ser.

O problema é que os neutrinos cuidam de seus próprios negócios de maneira bastante eficaz. A única interação que eles têm com os tipos de partículas das quais construímos ferramentas de medição é através da força nuclear fraca, que não é exatamente uma força fácil de detectar.

"Se você preenchesse o Sistema Solar com chumbo até cinquenta vezes além da órbita de Plutão, cerca da metade dos neutrinos emitidos pelo Sol ainda deixaria o Sistema Solar sem interagir com esse chumbo". diz físico da Universidade de WashingtonHamish Robertson.

Por causa disso, os físicos precisam procurar métodos menos diretos para realizar observações sobre uma partícula tão fantasmagórica.

Observações astronômicas sugeriram que as partículas têm uma massa de pelo menos 0,02 volts de elétron. Outros experimentos baseados no vasto chuveiro de elétrons liberados por átomos em decomposição do trítio sugeriram não pode ter mais do que 2,2 eletronvolts.

A KATRIN continua onde as últimas estimativas do limite superior pararam, aumentando a busca por uma resposta na decadência do trítio, mantendo uma vigilância cuidadosa do gás radioativo dentro de um equipamento de 70 metros de comprimento.

Quando o isótopo de hidrogênio se decompõe (ou decai), ele pode liberar um par de partículas bastante energético na forma de um elétron mais um antineutrino.

Como os físicos estão confiantes de que a massa de um neutrino é a mesma de sua antipartícula, o decaimento fornece uma excelente oportunidade para fazer uma medição precisa.

Geralmente, os 18.560 elétron-volts de energia que enviam o elétron voando são compartilhados de maneira bastante igual com o antineutrino.

Se você se lembra da fórmula clássica E = mc2, massa e energia são dois lados da mesma moeda. Um antineutrino em aceleração tem um chute de energia cinética que conta em direção à sua massa.

Mas é a energia não aceleradora que os físicos indescritíveis das partículas estão interessados. Portanto, eles precisam filtrar uma infinidade de eventos de decaimento para encontrar os poucos que dão ao elétron a maior parte da energia.

O que resta dessa energia compartilhada – teoricamente – deve definir o limite de quão pesado um neutrino em repouso pode ser.

Felizmente, sua fonte de trítio produz cerca de 25 bilhões de pares de partículas a cada segundo. E pelo menos alguns certamente têm os elétrons gananciosos e os antineutrinos desnutridos de que precisam.

Reduzir esse número a um número preciso ajudaria a informar uma ampla variedade de físicas que ainda nos fazem coçar a cabeça, desde a natureza da matéria escura até uma explicação de por que existem 'coisas'.

"Neutrinos são pequenas partículas estranhas" diz o físico Peter Doe da Universidade de Washington.

"Eles são tão onipresentes, e há muito que podemos aprender depois de determinar esse valor".

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