Caros Leitores;
A busca para entender a pequena massa dos neutrinos é também uma busca para descobrir novas partículas.
Neutrinos são os subprodutos de eventos astronômicos que nos dão vida.
Eles disparam da reação de fusão nuclear dentro do Sol e irradiam de supernovas. Eles não têm carga e curiosamente têm pouca massa. Eles são a segunda partícula mais abundante no Universo (depois dos fótons), e trilhões deles estão passando pelo seu corpo a cada momento.
No entanto, muito ainda é desconhecido sobre os neutrinos.
Entre as muitas questões em aberto sobre os neutrinos está como, exatamente, eles obtêm sua massa; o Modelo Padrão da física de partículas não fornece uma resposta. Muitas teorias que explicam as pequenas massas de neutrinos também prevêem a existência de partículas não descobertas, então uma maneira de testar essas teorias é procurar por essas partículas.
Ilustração por Sandbox Studio, Chicago com Caitlin-Marie Miner Ong
Ganhando massa no caminho do campo de Higgs
Para obter uma nova partícula, use uma gangorra
A necessidade de verificar em todos os lugares - e fazer as perguntas certas
A maioria das partículas fundamentais – como quarks e léptons – ganha massa por meio de interações com o campo de Higgs. Algumas partículas, como o massivo quark top, interagem mais com o campo de Higgs, enquanto outras partículas, como o elétron de luz, interagem menos.
Se os neutrinos ganham massa a partir do campo de Higgs, eles parecem interagir com ele em um grau ainda menor do que o elétron - muito menor; a massa do neutrino é cerca de um milhão de vezes mais leve.
Isso por si só parece estranho aos cientistas. Mas há outra razão pela qual eles se perguntam se o neutrino ganha massa apenas com o Higgs.
Quando uma partícula interage com o campo de Higgs, o campo de Higgs muda a “manipulação” dessa partícula – uma medida de sua rotação e movimento. Quando um elétron “destro” interage com o campo de Higgs, ele se torna um elétron destro. Quando um elétron canhoto interage com o campo de Higgs, ocorre o oposto.
Mas até onde os cientistas mediram, todos os neutrinos são canhotos.
Algo mais parece estar acontecendo, e os físicos têm dezenas de teorias sobre o quê.
“É um embaraço de riquezas”, diz Tao Han, físico teórico da Universidade de Pittsburgh. “Temos muitas teorias, mas ainda não sabemos qual delas reflete a natureza.”
Talvez a explicação aparentemente mais simples seja que os neutrinos destros existem; os cientistas simplesmente ainda não os viram.
O que não é simples nessa explicação é que esses neutrinos destros precisariam parecer muito diferentes dos neutrinos que conhecemos. Enquanto os neutrinos são quase sem massa, os neutrinos destros provavelmente precisariam ser muito mais massivos do que a partícula fundamental mais pesada, o quark top.
A explicação para isso é chamada de “mecanismo gangorra” porque prevê que os neutrinos pesados destros são a razão pela qual os neutrinos canhotos são tão leves; os neutrinos destros estão segurando um lado da gangorra metafórica. Tudo se resume à matemática do que os físicos chamam de autovalor, uma propriedade de como o sistema se comporta. O modelo da gangorra propõe que os neutrinos tenham dois autovalores, e se um for pequeno, o outro deve ser grande para compensar.
Os físicos postularam muitas versões e variações desse mecanismo. Em um deles, o neutrino destro seria tão pesado que teria sido produzido apenas no início do universo, ponto em que tudo estava inundado de energia suficiente para que as forças eletromagnética, fraca e forte fossem unificadas em uma.
Na verdade, o tipo de teoria que une essas forças – chamada de Grande Teoria Unificada – já prevê a existência de neutrinos destros.
Esse tipo de raciocínio embutido atrai físicos teóricos como Mu-Chun Chen. “Isso dá uma razão pela qual a massa do neutrino destro deve ser pesada e ligada à escala GUT”, diz Chen, professor da Universidade da Califórnia, em Irvine. “É muito elegante”.
Uma segunda versão do mecanismo da gangorra também prevê um novo tipo de bóson de Higgs, que permitiria que um neutrino canhoto se acoplasse a si mesmo e interagisse indiretamente com a nova partícula de Higgs para ganhar massa. Essa nova partícula de Higgs seria muito mais pesada, atuando como a ponta pesada da gangorra. Esse tipo de teoria agrada a Han, já que o setor de Higgs “ainda é muito desconhecido”.
“Por que teríamos apenas uma partícula responsável pela geração de massa?” ele diz. “Temos quinze ordens de grandeza entre a partícula mais leve e a mais pesada. Acho que há mais no setor de Higgs do que vimos até agora”.
Uma terceira versão do mecanismo de gangorra prevê um novo conjunto de outras partículas de matéria massiva que compensariam as baixas massas dos neutrinos.
Os físicos desenvolveram modelos que combinam esses três, bem como outras variantes com nomes como gangorras “inversas” e “duplas”.
Nem todo mundo está de acordo com essas ideias.
Um problema é que as partículas previstas são tão massivas que os físicos ainda não sabem como construir um acelerador de partículas poderoso o suficiente para estudá-las. “O mecanismo da gangorra recebeu o nome de um brinquedo infantil”, diz Patrick Huber, físico teórico da Virginia Tech. “É um exemplo clássico de uma teoria muito difícil de testar e provar.”
Outra questão é que todos os modelos de gangorra preveem que o neutrino funciona como sua própria antipartícula. Até agora, os cientistas não viram evidências de que isso seja verdade. E se fosse, quebraria outra lei estabelecida da física chamada conservação do número de leptões.
Nem toda teoria que explica a pequena massa dos neutrinos está relacionada a uma gangorra. Outro, chamado de “geração de massa radiativa”, propõe que os neutrinos ganhem massa por meio de efeitos quânticos de partículas virtuais. Mas a geração de massa radiativa também requer a existência de novas partículas para funcionar.
Até agora, nenhum dado experimental se correlacionou diretamente com nenhum desses modelos.
“A física da massa de neutrinos é como a física da matéria escura, no sentido de que quase não temos ideia do que seja matéria escura”, diz Pedro Machado, físico teórico do Fermi National Accelerator Laboratory do Departamento de Energia dos Estados Unidos. “Quando se trata de modelos de massa de neutrinos, a popularidade não é um argumento. Todos os modelos viáveis são igualmente bons do ponto de vista dos dados.”
Ou seja, os físicos precisam de mais dados. “A teoria dos neutrinos tem um histórico terrível em prever qualquer coisa”, diz Huber. “Mas estamos prestes a entrar em uma era de medições precisas de neutrinos, que podem ser uma sonda para procurar uma nova física. Nós temos essas teorias, e se uma medição confirma uma teoria, é emocionante para a pessoa que fez a teoria. Mas se um experimento encontrar algo que ninguém previu, seria emocionante para todos”.
Experimentos de física em todo o mundo estão tentando entender os neutrinos e suas massas – e, talvez, encontrar um sinal de uma nova partícula que possa ajudar a explicar tudo.
“Como existem tantas possibilidades, o mais útil é lançar uma rede ampla e considerar o máximo de possibilidades diferentes que pudermos”, diz Machado.
Se a explicação acabar levando a física além de nossa compreensão atual, diz ele, “então é isso que estávamos esperando”.
Para saber mais, acesse o link abaixo>
Fonte: FERMILAB / Por Emily Ayshford / Publicação 03/10/2023
https://www.symmetrymagazine.org/article/do-hidden-influences-give-neutrinos-their-tiny-mass
Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas” e "Conhecendo a Energia produzida no Sol".
Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.
Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.
>Autor de cinco livros, que estão sendo vendidos nas livrarias Amazon, Book Mundo e outras.
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